Электронные лабораторные работы по физике. Виртуальные лабораторные работы по физике

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.

Скачать:

Предварительный просмотр:

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

Предварительный просмотр:

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 :

Бланк-отчёт лабораторной работы содержит:

1. Номер работы;
2. Цель работы;
3. Перечень используемого оборудования;
4. Последовательность выполняемых действий;
5. Рисунок или схему установки;
6. Таблицы и/или схемы для записи значений;
7. Расчётные формулы.

Критерии оценивания :

Перечень лабораторных работ .

Предварительный просмотр:

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.

1. Подвесьте груз к пружине динамометра, измерьте силу упругости и удлинение пружины.
2. Затем к первому грузу прикрепите второй. Повторите измерения.
3. Ко второму грузу прикрепите третий. Снова повторите измерения.

1. Постройте график зависимости силы упругости от удлинения пружины:

Fупр, Н

0 0,02 0,04 0,06 0,08 Δl, м

1. По графику найдите средние значения силы упругости и удлинения. Рассчитайте среднее значение коэффициента упругости:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. С помощью динамометра измерьте вес бруска Р.
2. Расположите брусок горизонтально на линейке. С помощью динамометра измерьте максимальную силу трения покоя Fтр 0 .
3. Равномерно двигая, брусок по линейке измерьте силу трения скольжения Fтр.
4. Разместите груз на бруске. Повторите измерения.
5. Добавьте второй груз. Повторите измерения.
6. Добавьте третий груз. Снова повторите измерения.
7. Результаты занесите в таблицу:

1. Постройте графики зависимости силы трения от веса тела:

Fупр, Н

0 1,0 2,0 3,0 4,0 Р, Н

1. По графику найдите средние значения веса тела, силы трения покоя и силы трения скольжения. Рассчитайте средние значения коэффициента трения покоя и коэффициента трения скольжения:

μ ср 0 = Fср.тр 0 ; μ ср = Fср.тр ;

Рср Рср

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. Подвесьте груз на нити с помощью штатива над центром круга.
2. Раскрутите брусок в горизонтальной плоскости, двигаясь по границе круга.

R F упр

1. Измерьте время t, за которое тело совершает не менее 20 оборотов n.
2. Измерьте радиус круга R.
3. Отведите груз на границу круга, с помощью динамометра измерьте равнодействующую силу, равную силе упругости пружины F упр.
4. Используя II закона Ньютона, рассчитайте центростремительное ускорение:

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).

1. Рассчитайте равнодействующую силу m . а цс .
2. Результаты занесите в таблицу:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. Подвесьте шарик на нити с помощью штатива.

1. Толчком отклоните шарик от положения равновесия.

1. Измерьте время t, за которое маятник совершает не менее 20 колебаний (одно колебание – это отклонение в обе стороны от положения равновесия ).

1. Измерьте длину подвеса шарика l.

1. Используя формулу периода колебаний математического маятника, рассчитайте ускорение свободного падения:

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).

1. Результаты занесите в таблицу:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. Поместите пробирку открытым концом вверх в горячую воду для прогревания воздуха в пробирке не менее 2 – 3 минут. Измерьте температуру горячей воды t 1 .
2. Закройте большим пальцем отверстие пробирки, достаньте пробирку из воды и поместите в холодную воду, перевернув пробирку. Внимание! Чтобы воздух не вышел из пробирки, палец отвести от отверстия пробирки только под водой.
3. Оставьте пробирку открытым концом вниз в холодной воде несколько минут. Измерьте температуру холодной воды t 2 . Наблюдайте подъём воды в пробирке.

1. После прекращения подъёма уравняйте поверхность воды в пробирке с поверхностью воды в стакане. Теперь давление воздуха в пробирке равно атмосферному давлению, т.е. выполняется условие изобарного процесса Р = const. Измерьте высоту воздуха в пробирке l 2 .
2. Вылейте воду из пробирки и измерьте длину пробирки l 1 .
3. Проверьте выполнение закона Гей-Люссака:

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

1. Переведите температуру из шкалы Цельсия в абсолютную шкалу: Т = t + 273.
2. Результаты занесите в таблицу:

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. Наберите воду в пипетку.

1. По капле выливайте воду из пипетки. Отсчитайте количество капель n, соответствующих определённому объёму воды V(например, 0,5 см 3 ), вылившейся из пипетки.

1. Рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения: σ = F , где F = m . g; l = π .d

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.

1. Результаты занесите в таблицу:

1. Сравните полученное значение коэффициента поверхностного натяжения со справочным значением: σ спр. = 0, 073 Н/м.

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. Подвесьте резиновый шнур с помощью штатива. Измерьте расстояние между метками на шнуре l 0 .
2. Прикрепите к свободному концу шнура грузы. Вес грузов равен силе упругости F, возникающей в шнуре при деформации растяжения.
3. Измерьте расстояние между метками при деформации шнура l.

1. Рассчитайте модуль упругости резины, используя закон Гука: σ = Е. ε, где σ = F

– 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 )

1. Результаты занесите в таблицу:

1. Сравните полученное значение модуля упругости со справочным значением:

Е спр . = 8 . 10 8 Па.

1. Сделайте вывод.

Предварительный просмотр:

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.

1. Снять показания с амперметра и вольтметра, регулируя напряжение на резисторе с помощью реостата. Результаты занести в таблицу:

1. По данным из таблицы построить ВАХ:

I, А

U, В

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

1. По ВАХ определить средние значения тока Iср и напряжения Uср.

1. Рассчитать сопротивление резистора, используя закон Ома:

Uср

R = .

Iср

1. Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

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

6) Сравнить полученное значение со справочным значением удельного сопротивления никелина:

0,42 Ом.. мм 2 / м.

7) Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

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.

Предварительный просмотр:

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:

6) Сделать вывод.

Предварительный просмотр:

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.

Предварительный просмотр:

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. Начертите прямую линию, вдоль которой расположите зеркало.

3. Направьте луч света на зеркало. Отметьте двумя точками падающий и отражённый лучи. Соединив точки, постройте падающий и отражённый лучи, в точке падения пунктиром восстановите перпендикуляр к плоскости зеркала.

1 1’

2 2’

3 3’

α γ

в центре листа).

А Е

α

В

β

D С

F

4. Для определения показателя преломления используем закон преломления света:

n = sin α

sin β

5. Постройте окружность произвольного радиуса (взять радиус окружности как можно больше ) с центром в точке В.
6. Обозначьте точку А пересечения падающего луча с окружностью и точку С пересечения преломленного луча с окружностью.
7. Из точек А и С опустить перпендикуляры на перпендикуляр к плоскости пластины. Полученные треугольники ВАЕ и ВСD – прямоугольные с равными гипотенузами ВА и ВС (радиус окружности).
8. С помощью решётки получите изображения спектров на экране, для этого рассматривайте нить накаливания лампы через щель в экране.

1 max

b

φ а

0 max (щель)

дифракционная

решётка b

1 max

экран

3. C помощью линейки на экране измерьте расстояние от щели до красного максимума первого порядка.
4. Аналогичное измерение сделайте для фиолетового максимума первого порядка.
5. Рассчитайте длины волн, соответствующие красному и фиолетовому концам спектра, с помощью уравнения дифракционной решётки: d . sin φ = k . λ, где d – период дифракционной решётки.

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

6. Сравните полученные результаты со справочными значениями: λк = 7,6 . 10 -7 м; λф = 4,.0 . 10

   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.

   1. Получите изображение спектра водорода. Для этого рассматривайте светящийся канал спектральной трубки через непараллельные грани стеклянной пластины.
   2. Зарисуйте спектр водорода (Н) :

   400 600 800, нм

   3. Аналогично получите и зарисуйте изображения спектров:

   криптона (Кr)

   400 600 800, нм

   гелия (Не)

   400 600 800, нм

   неона (Nе)

   1. Переведите треки частиц в тетрадь (через стекло), располагая их по углам страницы .
   2. Определите радиусы кривизны треков R I , R II , R III , R IV . Для этого проведите две хорды из одной точки траектории, постройте серединные перпендикуляры к хордам. Точка пересечения перпендикуляров – центр кривизны трека О. Измерьте расстояние от центра до дуги. Полученные значения занесите в таблицу.

   R R

   О

   3. Определите удельный заряд частицы, сравнив его с удельным зарядом протона Н 11 q = 1.

   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

   5. Сделайте вывод.
   
   

   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!

   ОРГАНИЗАЦИЯ ИЗУЧЕНИЯ КУРСА ФИЗИКИ

   В соответствии с Рабочей программой дисциплины «Физика» студенты очной формы обучения изучают курс физики в течение первых трех семестров:

   Часть 1: Механика и молекулярная физика (1 семестр).
   Часть 2: Электричество и магнетизм (2 семестр).
   Часть 3: Оптика и атомная физика (3 семестр).

   При изучении каждой части курса физики предусматриваются следующие виды работ:
   

   1. Теоретическое изучение курса (лекции).
   2. Упражнения по решению задач (практические занятия).
   3. Выполнение и защита лабораторных работ.
   4. Самостоятельное решение задач (домашние задания).
   5. Контрольные работы.
   6. Зачет.
   7. Консультации.
   8. Экзамен.

   
   Теоретическое изучение курса физики.
   
   Теоретическое изучение физики проводится на поточных лекциях, читаемых в соответствии с Программой курса физики. Лекции читаются по расписанию кафедры. Посещение лекций для студентов обязательно.

   Для самостоятельного изучения дисциплины студенты могут воспользоваться списком основной и дополнительной учебной литературы, рекомендованной для соответствующей части курса физики, или учебными пособиями, подготовленными и изданными сотрудниками кафедры. Учебные пособия по всем частям курса физики имеются в открытом доступе на сайте кафедры.

   
   Практические занятия

   Параллельно с изучением теоретического материала студент обязан освоить методы решения задач по всем разделам физики на практических занятиях (семинарах). Посещение практических занятий обязательно. Семинары проводятся в соответствии с расписанием кафедры. Контроль текущей успеваемости студентов осуществляется преподавателем, ведущим практические занятия по следующим показателям:

   • посещаемости практических занятий;
   • эффективности работы студента в аудитории;
   • полноте выполнения домашних заданий;
   • результатам двух аудиторных контрольных работ;

   Для самостоятельной подготовки студенты могут воспользоваться учебными пособиями по решению задач, подготовленными и изданными сотрудниками кафедры. Учебные пособия по решению задач по всем частям курса физики имеются в открытом доступе на сайте кафедры.

   
   Лабораторные работы
   
   Лабораторные работы имеют целью ознакомить студента с измерительной аппаратурой и методами физических измерений, проиллюстрировать основные физические законы. Лабораторные работы выполняются в учебных лабораториях кафедры физики по описаниям, подготовленным преподавателями кафедры (имеются в открытом доступе на сайте кафедры), и согласно расписанию кафедры.

   В каждом семестре студент должен выполнить и защитить 4 лабораторные работы.

   На первом занятии преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности, сообщает каждому студенту индивидуальный перечень лабораторных работ. Студент выполняет первую лабораторную работу, заносит результаты измерений в таблицу и делает соответствующие вычисления. Итоговый отчет о лабораторной работе студент должен подготовить дома. При подготовке отчета необходимо воспользоваться учебно-методической разработкой «Введение в теорию измерений» и «Методическими указаниями для студентов по оформлению лабораторных работ и расчету ошибок измерений» (имеются в открытом доступе на сайте кафедры).

   К следующему занятию студент обязан предъявить полностью оформленную первую лабораторную работу и подготовить конспект следующей работы из своего перечня. Конспект должен соответствовать требованиям к оформлению лабораторной работы, включать в себя теоретическое введение и таблицу, куда будут заноситься результаты предстоящих измерений. В случае невыполнения этих требований к выполнению следующей лабораторной работы студент не допускается.

   На каждом занятии, начиная со второго, студент защищает предыдущую полностью оформленную лабораторную работу. Защита заключается в объяснении полученных экспериментальных результатов и ответе на контрольные вопросы, приведенные в описании. Лабораторная работа считается полностью выполненной при наличии подписи преподавателя в тетради и соответствующей отметки в журнале.

   После выполнения и защиты всех лабораторных работ, предусмотренных учебным планом, преподаватель, ведущий занятия, ставит отметку «зачет» в лабораторном журнале.

   Если по какой-либо причине студент не смог выполнить учебный план по лабораторному физическому практикуму, то это можно сделать на дополнительных занятиях, которые проводятся по расписанию кафедры.

   Для подготовки к занятиям студенты могут воспользоваться методическими рекомендациями по выполнению лабораторных работ, имеющимися в открытом доступе на сайте кафедры.

   Контрольные работы
   

   Для текущего контроля успеваемости студента в каждом семестре на практических занятиях (семинарах) проводится две аудиторные контрольные работы. В соответствии с балльно ‑ рейтинговой системой кафедры каждая контрольная работа оценивается из расчета 30 баллов. Полная сумма баллов набранных студентом при выполнении контрольных работ (максимальная сумма за две контрольные работы равна 60), используется для формирования рейтинга студента и учитывается при выставлении итоговой оценки по дисциплине «Физика».

   
   Зачет

   Зачёт по физике студент получает при условии, что выполнены и защищены 4 лабораторные работы (в лабораторном журнале имеется отметка о выполнении лабораторных работ) и сумма балов текущего контроля успеваемости больше или равна 30. Зачёт в зачётную книжку и ведомость проставляет преподаватель, ведущий практические занятия (семинары).

   Экзамен
   
   Экзамен проводится по билетам, утвержденным на кафедре. В каждый билет включены два теоретических вопроса и задача. Для облегчения подготовки студент может воспользоваться списком вопросов для подготовки к экзамену, на основании которых сформированы билеты. Список вопросов экзамена имеется в открытом доступе на сайте кафедры физики.

   1. полностью выполнены и защищены 4 лабораторные работы (в лабораторном журнале имеется отметка о зачете по лабораторным работам);
   2. общая сумма баллов текущего контроля успеваемости за 2 контрольные работы больше или равна 30 (из 60 возможных);
   3. отметка "зачтено" проставлена в зачётной книжке и зачётной ведомости

   При невыполнении п. 1 студент имеет право участвовать в дополнительных занятиях по лабораторному практикуму, которые проводятся по расписанию кафедры. При выполнении п. 1 и невыполнении п. 2 студент имеет право набрать недостающие баллы на зачётных комиссиях, которые проводятся в период сессии по расписанию кафедры. Студенты, набравшие при текущем контроле успеваемости 30 баллов и более, на экзаменационную комиссию для увеличения рейтингового балла не допускаются.

   Максимальная сумма баллов, которую может набрать студент при текущем контроле успеваемости, равна 60. При этом максимальная сумма баллов за одну контрольную 30 (за две контрольные 60).

   Студенту, посетившему все практические занятия и активно на них работавшему, преподаватель имеет право добавить не более 5 баллов (полная сумма баллов текущего контроля успеваемости, при этом, не должна превышать 60 баллов).

   Максимальная сумма баллов, которую может набрать студент по результатам экзамена равна 40 баллов.

   Итоговая сумма баллов, набранная студентом за семестр, является основой для выставления оценки по дисциплине «Физика» в соответствии со следующими критериями:

   • если сумма баллов текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации (экзамена) менее 60 баллов, то ставится оценка «неудовлетворительно» ;
   • 60 до 74 баллов, то ставится оценка «удовлетворительно» ;
   • если сумма баллов текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации (экзамена) попадает в диапазон от 75 до 89 баллов, то ставится оценка «хорошо» ;
   • если сумма баллов текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации (экзамена) попадает в диапазон от 90 до 100 баллов, то ставится оценка «отлично».

   Оценки «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» выставляются в экзаменационную ведомость и зачётную книжку. Оценка «неудовлетворительно» выставляется только в ведомость.

   ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

   Ссылки для скачивания лабораторных работ *
   *Чтобы скачать файл, нажмите на ссылку правой кнопкой мыши и выберите пункт "Сохранить объект как..."
   Для чтения файла необходимо скачать и установить программу Adobe Reader

   
   
   

   Часть 1. Механика и молекулярная физика
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

   Часть 2. Электричество и магнетизм
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

   
   
   
   

   
   Часть 3. Оптика и атомная физика
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

   ​ Как выполнить и оформить лабораторную работу

   При изучении физики учащиеся должны научиться выполнять и правильно оформлять лабораторные работы. Главное на первых уроках физики научить учащихся знакомиться с основными приемами проведения физических измерений и правилами обработки результатов. При этом должны быть выработаны определенные навыки, что является предпосылкой дальнейшей успешной работы на уроках физики. Целью лабораторных работ является более глубокое осознание учащимися физических явлений и законов. Эта задача может быть успешно решена только в том случае, если лабораторные работы выполняются с достаточным пониманием сущности исследуемых явлений. Поэтому домашняя подготовка к выполнению лабораторной работы является одним из важнейших этапов.

   Подготовка к лабораторной работе.

   При подготовке к работе рекомендуется придерживаться следующего плана.

   Прочитать описание работы от начала до конца, не задерживаясь на выводе формул. Задача первого прочтения состоит в том, чтобы выяснить, какова цель лабораторной работы, какой физический закон или явление изучается в данной работе и каким методом она проводится.

   Прочитать по учебнику материал, относящийся к данной работе. Разобрать вывод формулы по учебнику (если это необходимо). Найти ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце описания работы (если они имеются).

   Рассмотреть по учебнику устройство и принцип работы приборов, которые будут использоваться в работе.

   Выяснить, какие физические величины и с какой точностью будут непосредственно измеряться и каковы их наименования.

   Рассмотреть в описании лабораторной работы в учебнике принципиальную схему эксперимента и таблицу, в которую будут заноситься результаты измерений. Если таблицы в работе нет, составить ее.

   Продумать, какой окончательный результат и вывод должен быть получен в данной лабораторной работе.

   Выполнение лабораторной работы.

   При выполнении работы вначале следует ознакомиться с приборами. Нужно установить их соответствие описанию, выполнить рекомендованную в описании прибора последовательность действий по подготовке прибора к работе. Определить цену деления шкалы прибора и его погрешность измерений. Далее следует провести предварительный опыт с тем, чтобы пронаблюдать качественно изучаемое явление, оценить, в каких пределах находятся измеряемые величины. После проведенной подготовки можно приступать к измерениям. Следует помнить, что всякое измерение, если только это возможно сделать, должно выполняться больше, чем один раз.

   Производимые по приборам измерения записываются сразу же после их выполнения в том виде как они считаны со шкалы прибора - без каких-либо пересчетов на множитель шкалы (при наличии таковой) или систему единиц. Единицы измерений (множитель) должны быть записаны в заголовке соответствующей таблицы или в столбце с результатами измерений. Все записи при выполнении лабораторной работы должны вестись исключительно в тетради для лабораторных работ (можно и на черновике или специально подготовленном бланке (протоколе) для черновых записей. Данный бланк является черновиком, а тетрадь - чистовиком. Ее следует вести самым аккуратнейшим образом. В тетради для лабораторных работ оформляется выполненная работа согласно указаний по ее выполнению.

   Оформление лабораторной работы.

   Неграмотно оформленные рабочие записи порядка выполнения лабораторной работы и результаты измерений может свести на нет всю проделанную работу.

   Правильно оформлять в тетради выполнение лабораторной работы научиться нетрудно, нужно только внимательно выполнять некоторые элементарные требования. Записи результатов при выполнении лабораторной работы допускается делать как в тетради, так и на отдельных подписанных листках.

   При выполнении лабораторной работы очень важно сразу же записывать всё проделанное. Все результаты прямых измерений следует записывать немедленно и без какой либо обработки только ручкой. Из этого правила нет исключений. Записи должны быть такими, чтобы их без особых затруднений можно было понять спустя некоторое время. Примеры обычных ошибок - неясность и двусмысленность. Буквы и цифры необходимо писать отчётливо.

   Привычка к исправлениям цифр - враг ясности. Не заставляйте своего учителя, проверяющего ваши записи в тетради, да и себя тоже, ломать голову над исправленными цифрами.

   Не проводите никаких, даже самых простейших вычислений в уме, прежде чем записать результат измерений.

   Не забудьте сделать в тетради рисунок или схему установки когда это необходимо. Есть древняя китайская пословица: "Один рисунок лучше тысячи слов". Рисунок и надписи к нему нужно делать карандашом, чтобы можно было воспользоваться ластиком для исправлений ошибок.

   Если есть возможность провести предварительные расчёты без погрешностей, то это нужно сделать, чтобы убедиться в правильности выполнения эксперимента. Если в работе возможно построить график, это необходимо сделать. На графиках по горизонтали обычно откладывается причина, а по вертикали следствие.

   Итак, правильно оформленная должна содержать в себе следующие разделы.

   Название работы и её №.

   Оборудование.

   Данные для расчёта погрешности измерений.

   Цель работы (можно и не писать. Она сформулирована в учебнике).

   Рисунок или схема установки с используемыми в работе символами измеряемых величин (при необходимости).

   Порядок выполнения работы.

   Результаты всех прямых измерений.

   а) записи результатов измерений не должны допускать различных толкований;

   б) кажущиеся ошибочными записи зачёркивать так, чтобы их при необходимости можно было прочитать;

   в) не допускать подтёртостей и замалёвываний записей, не допускать переписывания выполнения работы. Это приводит к возможной потере информации и исключает вероятность подделки результатов.

   Результаты измерений и вычислений (без погрешностей) в виде таблиц.

   Графики.

   Вывод (должен соответствовать цели работы). В выводе указать о погрешности измерения.

   Критерии оценивания лабораторной работы.

   Оценка «5» ставится, если учащийся выполняет работу в полном объеме с соблюдение6м необходимой последовательности проведения опытов и измерений, самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование, все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов, соблюдает требования правил техники безопасности, правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, правильно выполняет анализ погрешностей.

   Оценка «4» ставится, если выполнены все требования к оценке «5», но было допущено два- три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета

   Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной ее части позволяет получить правильный результат и вывод, или если в ходе проведения опыта и измерения были допущены ошибки

   Оценка «2» ставится, если работа выполнена не полностью, или объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов, или если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

   Во всех случаях оценка снижается, если ученик не соблюдал правила техники безопасности!

   Грубые ошибки:

   незнание определений основных понятий, законов, правил, основных положений теории, формул, общепринятых символов обозначения физических величин, единиц их измерения;

   неумение выделять в ответе главное;

   неумение применять знания для решения задач и объяснения физических явлений, неправильно сформулированные вопросы задачи или неверные объяснения хода ее решения, незнание приемов решения задач, аналогичных ранее решенным в классе, ошибки, показывающие неправильное понимание условия задачи или неправильное истолкования решения;

   неумение читать и строить графики и принципиальные схемы;

   неумение подготовить к работе установку или лабораторное оборудование, провести опыт, необходимые расчеты, или использовать полученные данные для выводов;

   небрежное отношение к лабораторному оборудованию и измерительным приборам;

   неумение определять показание измерительного прибора;

   нарушение требований правил безопасного труда при выполнении эксперимента.

   Негрубые ошибки:

   неточность формулировок, определений, понятий, законов, теорий, вызванные неполнотой охвата основных признаков определяемого понятия, ошибки, вызванные несоблюдением условий проведения опыта или измерений;

   ошибки в условных обозначениях на принципиальных схемах, неточности чертежа, графиков, схем;

   пропуск или неточное написание наименований единиц измерения физических величин;

   нерациональный выбор хода решения.

   Погрешности измерений.

   Выполнение лабораторных и практических работ по физике связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов. Измерением называется операция сравнения величины исследуемого объекта с величиной единичного объекта (или Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств). Так, например, за единицу длины принят метр, и в результате измерения длины некоторого отрезка определяется, сколько метров содержится в этом отрезке. В физике и технике не существует абсолютно точных приборов и других средств измерения, следовательно, нет и абсолютно точных результатов измерения. Однако измерять все же приходится. На сколько можно доверять полученным результатам?

   Принято различать прямые и косвенные измерения . При прямом измерении производится непосредственное сравнение величины измеряемого объекта с величиной единичного объекта. Другими словами - это такое измерение, в котором результат находится непосредственно в процессе считывания со шкалы (или показаний цифрового прибора). В результате искомая величина находится прямо по показаниям измерительного прибора, например, объем - по уровню жидкости в измерительном цилиндре (мензурке), вес - по растяжению пружины динамометра и т.д. Погрешность прямого измерения (обозначается значком ∆ ) зависит только от качества измерительного прибора. В учебнике по физике для седьмого класса автором А.В. Перышкиным вводится понятие погрешности измерений (стр. 11 учебника): погрешность измерений ∆а равна половине цены деления измерительного прибора и, что при записи измеряемой величины, с учетом погрешности, следует пользоваться формулой

   А = арезультат измерений + ∆а.

   В 10 классе это понятие формулируется иначе: погрешность прямого измерения складывается из инструментальной погрешности прибора ∆и А и погрешности отсчета ∆о А . Вероятно, автор учебника 7 класса использовал так называемое правило "ничтожных погрешностей": обе составляющее погрешности прямого измерения следует учитывать лишь в том случае, если они близки друг к другу. Любым из этих слагаемых можно пренебречь, если оно не превосходит 1/3 - 1/4 от другого.

   Инструментальная

   погрешность

   +

   Линейка ученическая

   До 30 см

   1 мм

   1 мм

   Линейка чертежная

   До 50 см

   1 мм

   0,2 мм

   Линейка инструментальная (стальная)

   До 30 см

   1 мм

   0,1 мм

   Линейка демонстрационная

   100 см

   1 см

   0,5 см

   Лента измерительная

   150 см

   0,5 см

   0,25 см

   Измерительный цилиндр

   До 250 мл

   1 мл

   1 мл

   Штангенциркуль

   150 мм

   0,1 мм

   0,05 мм

   Микрометр

   25 мм

   0,01 мм

   0,005 мм

   Динамометр учебный

   4 Н

   0,1 Н

   0,05 Н

   Секундомер механический

   0-30 мин

   0,2 с

   1 с за 30 мин

   Секундомер электронный

   100 с

   0,01 с

   0,01 с

   Барометр-анероид

   720-780 мм.рт.ст

   1 мм.рт.ст.

   3 мм.рт.ст.

   Термометр спиртовой

   0-100 оС

   1 оС

   1 оС

   Амперметр школьный

   2 А

   0,1 А

   0,05 А

   Вольтметр школьный

   6 В

   0,2 В

   0,1

   Наверное, следовало бы в 7 классе ввести понятие погрешности измерения иначе: погрешность измерений ∆а равна инструментальной погрешности измерительного прибора. Так как в проводимых измерениях на лабораторных работах в 7 классе используются пусть простые, но все же измерительные приборы (линейка, измерительная лента, измерительный цилиндр, динамометр и т.д.),

   Инструментальная погрешность измерительных приборов, например, для линейных размеров обычно указывается на самом приборе в виде абсолютной погрешности или в виде цены деления. Если на приборе этого нет, то она принимается равной половине цены наименьшего деления. Как правило, цена деления шкалы приборов согласована с инструментальной погрешностью. Для приборов с цифровым отсчетом измеряемых величин метод вычисления погрешности приводится в паспортных данных прибора. Если эти данные отсутствуют, то в качестве абсолютной погрешности принимается значение, равное половине последнего цифрового разряда индикатора. Погрешность отсчета ∆оА связана с тем, что указатель прибора не всегда точно совпадает с делениями шкалы (например, стрелка на шкале динамометра, вольтметра). В этом случае погрешность отсчета не превосходит половины цены деления шкалы и погрешность отсчета принимают также за половину цены деления ∆о А = с/2, где с - цена деления шкалы измерительного прибора. Погрешность отсчета надо учитывать только тогда, когда при измерении указатель прибора находится между нанесенными на шкалу прибора делениями. Совсем не имеет смысла говорить и тем более пытаться учитывать погрешности отсчета у цифровых приборов. Обе составляющее погрешности прямого измерения следует учитывать лишь в том случае, если они близки друг к другу.
   В школьной лабораторной практике методы математической статистики при измерении практически не используются. Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин.

   Однако гораздо чаще измерения проводят косвенно, например, площадь прямоугольника определяют по измерению длин его сторон, - по измерениям массы и объема и т.д. Во всех этих случаях искомое значение измеряемой величины получается путем соответствующих расчетов. Косвенное измерение - определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.

   Результат всякого измерения всегда содержит некоторую погрешность. Поэтому в задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении погрешности. Если оценка погрешности результата физического измерения не сделана, то можно считать, что измеряемая величина вообще неизвестна, поскольку погрешность может, вообще говоря, быть того же порядка, что и сама измеряемая величина или даже больше. В этом состоит отличие физических измерений от бытовых или технических, в которых в результате практического опыта заранее известно, что выбранный измерительный инструмент обеспечивает приемлемую точность, а влияние случайных факторов на результат измерений пренебрежимо мало по сравнению с ценой деления применяемого прибора.

   Погрешности физических измерений принято подразделять на систематические, случайные и грубые. Систематические погрешности вызываются факторами, действующими одинаковым образом при многократном повторении одних и тех же измерений. Систематические погрешности скрыты в неточности самого инструмента и неучтенных факторах при разработке метода измерений. Обычно величина систематической погрешности прибора указывается в его техническом паспорте. Что же касается метода измерений, то здесь все зависит от квалификации экспериментатора. Хотя суммарная систематическая погрешность во всех измерениях, проводимых в рамках данного эксперимента, будет приводить всегда либо к увеличению, либо к уменьшению правильного результата, знак этой погрешности неизвестен. Поэтому на эту погрешность нельзя внести поправку, а приходится приписывать эту погрешность окончательному результату измерений.

   Случайные погрешности обязаны своим происхождением ряду причин, действие которых неодинаково в каждом опыте и не может быть учтено. Они имеют различные значения даже для измерений, выполненных одинаковым образом, то есть носят случайный характер. Допустим, что сделано n повторных измерений одной и той же величины. Если они выполнены одним и тем же методом, в одинаковых условиях и с одинаковой степенью тщательности, то такие измерения называются равноточными.

   Третий тип погрешностей, с которыми приходится иметь дело - грубые погрешности или промахи. Под грубой погрешностью измерения понимается погрешность, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях. Она может быть сделана вследствие неправильного применения прибора, неверной записи показаний прибора, ошибочно прочитанного отсчета, не учета множителя шкалы и т.п.

   Вычисление погрешностей.

   Введем обозначения: A,B, .... - физические величины. Aпр - приближенное значение физической величины , т.е. значение, полученное путем прямых или косвенных измерений. Напомним, что абсолютной погрешностью приближенного числа называется разность между этим числом (Аизмеренное) и его точным значением (Аистинное) , причем ни точное значение, ни абсолютная погрешность принципиально неизвестны и подлежат оценке по результатам измерений.

   ∆ А = Аизм - Аист

   Относительной погрешностью (εа) приближенного числа (измерения физической величины) называется отношение абсолютной погрешности приближенного числа к самому этому числу.

   εА = ∆А /Аизм

   Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей:
   ∆A = ∆иA + ∆иA

   ∆иA - абсолютная инструментальная погрешность , определяемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения). Находится по таблицам.
   ∆иA - абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени - цене деления секундомера или часов.

   Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры (∆A ~ 0.18 = 0.20). Численное значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности (А ~ 12,323 = 12.30).

   Формулы расчета относительных погрешностей для различных случаев приведены в таблице.

   Как пользоваться этой таблицей?

   Пусть, например, физическая величина ρ рассчитывается по формуле:

   ρ = m/V . Значения m и V найдены прямыми измерениями во время проведения лабораторной работы. Их абсолютные погрешности соответственно равны ∆m = ∆ и m + ∆оm и ∆V = ∆ и V + ∆оV . GjПодставляя полученные значения ∆m и ∆V, m и V в формулу, получим приближенное значение ∆ρ = ∆m/∆V. Подставив аналогично m и V в формулу, получим значение ρпр . Далее следует рассчитать относительную погрешность результата ερ . Это можно сделать, воспользовавшись соответствующей формулой из четвертой строки таблицы. ερ = εm + εV = ∆m/m + ∆V/V

   Поскольку из-за наличия случайных погрешностей результаты измерений по своей природе представляют собой тоже случайные величины, истинного значения ρист измеряемой величины указать нельзя. Однако можно установить некоторый интервал значений измеряемой величины вблизи полученного в результате измерений значения ρ пр , в котором с определенной вероятностью содержится ρист . ρпр - ∆ρ ≤ ρист ≤ ρпр + ∆ρ.

   Тогда окончательный результат измерений плотности можно записать в следующем виде:

   ρист = ρпр ± ∆ρ

   Задача наилучшей оценки значения ρист и определения пределов интервала по результатам измерений является предметом математической статистики. Но это отдельный разговор…

   О числовых расчетах

   При вычислениях обычно пользуются микрокалькулятором, в результате на индикаторе в ответе автоматически получается столько цифр, сколько их вмещается на нем. При этом создается впечатление об избыточной точности результата. В то же время результаты измерений являются приближенными числами. Напомним (см., например, М.Я.Выгодский, Справочник по элементарной математике), что для приближенных чисел отличают запись 2,4 от 2,40, запись 0,02 от 0,0200 и т.д. Запись 2,4 означает, что верны только цифры целых и десятых, истинное же значение числа может быть, например, 2,43 или 2,38. Запись 2,40 означает, что верны и сотые доли, истинное число может быть 2,403 или 2,398, но не 2,421 и не 2,382. То же отличие проводится и для целых чисел. Запись 382 означает, что все цифры верны. Если же за последнюю цифру ручаться нельзя, то число округляется, но записывается не в виде 380, а в виде 38·10. Запись же 380 означает, что последняя цифра (ноль) верна. Если в числе 4720 верны лишь первые две цифры, его нужно записать в виде 47·102 или 4,7·103. В тех случаях, когда численные значения физических величин много больше либо много меньше единицы, их принято записывать в виде числа между 1 и 10, умноженного на соответствующую степень десяти.

   Число знаков в окончательном результате устанавливается по следующим правилам. Сначала ограничивается число значащих цифр погрешности. Значащими цифрами называются все верные цифры числа кроме нулей, стоящих впереди числа. Например, в числе 0,00385 три значащие цифры, в числе 0,03085 четыре значащие цифры, в числе 2500 - четыре, в числе 2,5·103 - две. Погрешность записывается всегда с одной или двумя значащими цифрами. При этом руководствуются следующими соображениями.

   Величина случайной погрешности, полученная из обработки результатов некоторого числа измерений, сама является случайным числом, т.е., если проделать это же число измерений еще раз, то, вообще говоря, будет получен не только другой результат для измеряемой величины, но и другая оценка для погрешности. Поскольку погрешность оказывается случайным числом, то, пользуясь законами математической статистики, можно и для нее найти доверительный интервал. Соответствующие расчеты показывают, что даже при довольно большом числе измерений этот доверительный интервал оказывается весьма широким, т.е. величина погрешности оценивается достаточно грубо. Так при 10 измерениях относительная погрешность у погрешности превышает 30%. Поэтому для нее следует приводить две значащие цифры, если первая из них 1 или 2, и одну значащую цифру, если она равна или больше 3. Это правило легко понять, если учесть, что 30% от 2 составляет 0,6, а от 4 уже 1,2. Таким образом, если погрешность выражается, например, числом, начинающимся с цифры 4, то это число содержит неточность (1,2), превышающую единицу первого разряда.

   После того, как погрешность записана, значение результата должно быть округлено таким образом, чтобы его последняя значащая цифра была того же разряда, что и у погрешности. Пример правильного представления окончательного результата: t = (18.7± 1.2)·102с.

   Правила построения графиков

   Графики строятся на миллиметровой бумаге, на которую прежде всего наносятся координатные оси. На концах осей указываются откладываемые физические величины и их размерности. Затем на оси наносят масштабные деления так, чтобы расстояние между делениями составляло 1, 2, 5 единиц (или 0.1, 0.2, 0.5, или 10, 20, 50 и т.д.). Обычно порядок масштаба, т.е. 10±n выносится на конец оси. Например, для пути, пройденного телом, вместо 1000, 1100, 1200 и т.д. метров около масштабных делений пишут 1.0, 1.1, 1.2, а в конце оси физическую величину обозначают как S, 103 м или S·10-3, м. Точка пересечения осей не обязательно должна соответствовать нулю по каждой из осей. Начало отсчета по осям и масштабы следует выбирать так, чтобы график занял всю координатную плоскость. После построения осей на миллиметровку наносят экспериментальные точки. Их обозначают маленькими кружками, квадратиками и т.д. Если на одной координатной плоскости строится несколько графиков, то для точек выбираются разные обозначения. Затем от каждой точки вверх, вниз и вправо, влево откладывают отрезки, соответствующие погрешностям точек в масштабах осей. Если погрешность по одной из осей (или по обеим осям) оказывается слишком малой, то предполагается, что она отображается на графике размером самой точки.

   Экспериментальные точки, как правило, не соединяются между собой ни отрезками прямой, ни произвольной кривой. Вместо этого строится теоретический график той функции (линейной, квадратичной, экспоненциальной, тригонометрической и т.д.), которая отражает проявляющуюся в данном опыте известную или предполагаемую физическую закономерность, выраженную в виде соответствующей формулы. В лабораторном практикуме встречаются два случая: проведение теоретического графика преследует цель извлечения из эксперимента неизвестных параметров функции (тангенса угла наклона прямой, показателя экспоненты и т.д.) либо делается сравнение предсказаний теории с результатами эксперимента.

   В первом случае график соответствующей функции проводится "на глаз" так, чтобы он проходил по всем областям погрешности возможно ближе к экспериментальным точкам. Существуют математические методы, позволяющие провести теоретическую кривую через экспериментальные точки в определенном смысле наилучшим образом. При проведении графика "на глаз" рекомендуется пользоваться зрительным ощущением равенства нулю суммы положительных и отрицательных отклонений точек от проводимой кривой.

   Во втором случае график строится по результатам расчетов, причем расчетные значения находятся не только для тех точек, которые были получены в опыте, а с некоторым шагом по всей области измерений для получения плавной кривой. Нанесение на миллиметровку результатов расчетов в виде точек является рабочим моментом -после проведения теоретической кривой эти точки с графика убираются. Если в расчетную формулу входит уже определенный (или заранее известный) экспериментальный параметр, то расчеты проводятся как со средним значением параметра, так и с его максимальным и минимальным (в пределах погрешности) значениями. На графике в этом случае изображается кривая, полученная со средним значением параметра, и полоса, ограниченная двумя расчетными кривыми для максимального и минимального значений параметра.

   Правила построения графиков рассмотрим на следующем примере. Предположим, что в опыте исследовался закон движения некоторого тела. Тело двигалось прямолинейно, и задачей опыта было измерение расстояния, которое тело проходит за различные промежутки времени. После проведения некоторого числа опытов и обработки результатов измерений были найдены средние значения измеряемых величин и их погрешности. Требуется изобразить результаты опыта, представленные в таблице, в виде графика и найти из графика тела, предполагая, что движение равномерное.

   Таблица. Зависимость пути, пройденного телом, от времени

   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.