| Головна » Статті » Фізика | [ Додати статтю ] |
ДОСЛІДНА ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ ГЕЙ-ЛЮССАКА
|
Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань На малюнку 202 показано обладнання, потрібне для виконання роботи: скляна трубка завдовжки 600 мм і діаметром 8-10 мм, запаяна з одного кінця; циліндрична посудина висотою 600 мм і діаметром 40-50 мм, наповнена гарячою водою (t 60 °С); склянка з водою кімнатної температури; пластилін. Щоб перевірити закон Гей-Люссака, потрібно виміряти об'єм і температуру газу в двох станах при сталому тиску і перевірити справедливість рівності . Це можна зробити, використовуючи повітря при атмосферному тиску. Скляну трубку відкритим кінцем догори вставляють на 3-5 хв. у циліндричну посудину з гарячою водою (мал. 202, а). У цьому випадку об'єм повітря V1 дорівнює об'єму скляної трубки, а температура — температурі гарячої води T1. Це — перший стан. Щоб під час переходу повітря в другий стан його кількість не змінилася, відкритий кінець скляної трубки, що знаходиться в гарячій воді замазують пластиліном. Після цього трубку виймають з посудини з гарячою водою і замазаний кінець швидко опускають у склянку з водою кімнатної температури (мал. 202, б), а потім під водою знімають пластилін. В міру охолодження повітря в трубці вода в ній підніматиметься. Після припинення піднімання води в трубці (мал. 202, в) об'єм повітря в ній дорівнюватиме V23. Обчислити модуль Юнга гуми: відносну і абсолютну похибки вимірювання модуля Юнга. 4. Записати добутий результат: . Порівняти цей результат з табличним. Контрольне запитання Чому модуль Юнга виражається таким великим числом? ВИМІРЮВАННЯ ЕРС І ВНУТРІШНЬОГО ОПОРУ. ДЖЕРЕЛА СТРУМУ Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань Схема електричного кола, яку використовують у цій роботі, показана на малюнку 204. Як джерело струму в схемі використано акумулятор або батарейку для кишенькового ліхтаря. Якщо ключ розімкнуто, ЕРС джерела струму чисельно дорівнює напрузі на зовнішньому колі. У цьому випадку джерело струму замкнуто на вольтметр, опір якого має бути в багато разів більший за внутрішній опір джерела струму r. Звичайно опір джерела струму малий, тому для вимірювання напруги можна використати шкільний вольтметр з шкалою 0-6 В, що має опір RB = 900 Ом (див. підпис під шкалою приладу). Оскільки опір джерела звичайно малий, то справді RB » r. При цьому відмінність ε від U не перевищує десятих частин процента, тому похибка вимірювання ЕРС дорівнює похибці вимірювання напруги. Внутрішній опір джерела струму можна виміряти посереднім способом, знявши покази з амперметра і вольтметра тоді, коли ключ замкнуто. Справді, із закону Ома для замкнутого кола маємо ε = U + Ir, де U = IR — напруга в зовнішньому колі. Тому . Для вимірювання сили струму в колі можна використати шкільний амперметр з шкалою 0 - 2А. Максимальні похибки (відносну і абсолютну) вимірювань внутрішнього опору джерела струму визначають за формулами Підготовка до виконання роботи 1. Підготувати бланк звіту зі схемою електричного кола і таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень. №№ досліду Виміряно Обчислено Вимірювання Uпр В Іпр А В В В В % % rпр Ом А А А % % Ом Вимірювання 2. Скласти електричне коло відповідно до малюнка 204. Перевірити надійність електричних контактів, правильність вмикання амперметра і вольтметра. 3. Перевірити роботу кола, коли ключ розімкнуто і замкнуто. Виконання експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Виміряти ЕРС джерела струму. 2. Зняти покази амперметра і вольтметра, коли ключ замкнуто, і обчислити rпр. Обчислити абсолютну і відносну похибки вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму, використовуючи дані про клас точності приладів. 3. Записати результати вимірювань ЕРС і внутрішнього опору джерела струму: Контрольні запитання 1. Чому покази вольтметра при розімкнутому і замкнутому ключі різні? 2. Як підвищити точність вимірювання ЕРС джерела струму? 3. Чи ви можете запропонувати інші способи вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму? ВИМІРЮВАННЯ ПИТОМОГО ОПОРУ ПРОВІДНИКА Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань Для виконання роботи треба мати дріт з матеріалу, що має великий питомий опір. Питомий опір матеріалу можна обчислити, використовуючи формули: де d — діаметр провідника. Опір провідника можна виміряти, використовуючи закон Ома. У цьому випадку формула для розрахунку питомого опору провідника матиме вигляд: Потрібне обладнання і засоби вимірювання виберіть самостійно. Підготовка до виконання роботи 1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень (таблицю складіть за зразком попередніх робіт). 2. Скласти потрібне коло, перевірити надійність контактів і правильність вмикання вимірювальних приладів. Виконання експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Виміряти довжину провідника, його діаметр, силу струму в провіднику і напругу на його кінцях. 2. Обчислити приблизне значення питомого опору провідника. 3. Визначити інструментальні похибки вимірювальних Іриладів і похибки відліку. Обчислити максимальні абсолютні і відносні похибки вимірювань величин U, d, I, l. Похибкою 3,14 можна знехтувати. Обчислити максимальні відносну і абсолютну похибки вимірювання питомого опору провідника. 4. Записати результат вимірювання питомого опору провідника у вигляді За допомогою довідника визначити матеріал провідника. Контрольне запитання Чому для виготовлення нагрівальних елементів застосовують провідники з великим питомим опором, а для підвідних провідників — з малим? ВИВЧЕННЯ ПОСЛІДОВНОГО І ПАРАЛЕЛЬНОГО З'ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ У роботі потрібно перевірити такі закони: 1. Для послідовного з'єднання провідників: 2. Для паралельного з'єднання провідників: Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання У роботі використовують джерело струму, два дротяні резистори, амперметр і вольтметр. Для регулювання струму в колі можна використати реостат. Вольтметр й амперметр при виконанні вимірювань по черзі вмикають до потрібних точок кола. Похибки можна не обчислювати. Підготовка до виконання роботиПідготовити бланк звіту із схемами електричних кіл і таблицями для записування результатів вимірювань і обчислень (таблиці скласти за зразком попередніх робіт). Виконання експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Скласти коло для вивчення послідовного з'єднання резисторів; виміряти силу струму і напруги; перевірити виконання законів з'єднання; зробити висновок. 2. Скласти коло для вивчення паралельного з'єднання резисторів; виміряти струми і напругу; перевірити виконання законів з'єднання; зробити висновок. Контрольні запитання 1. Як з'єднані споживачі електроенергії у квартирах? Чому? 2. Як з'єднані електричні лампочки в ялинковій гірлянді? Чому? СПОСТЕРЕЖЕННЯ ДІЇ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА СТРУМ Обладнання: Дротяний моток, штатив, джерело постійного струму, реостат, ключ, з'єднувальні проводи, дугоподібний магніт. Підготовка до виконання роботи Підвісити дротяний моток до штатива, приєднавши його до джерела струму послідовно з реостатом і ключем. Попередньо ключ слід розімкнути, пов,зун реостата встановити на максимальний опір. Виконання експерименту 1. До підвішеного мотка дроту піднесіть магніт і, замикаючи ключ, спостерігайте за рухом мотка. 2. Слід вибрати кілька характерних варіантів відносного розміщення мотка і магніту. Намалюйте їх і укажіть напрям магнітного поля, напрям струму і передбачуваний рух дротяного мотка відносно магніту. 3. Перевірити на досліді правильність припущень про характер і напрям руху дротяного мотка. ВИЗНАЧЕННЯ ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань Схема вимірювальної установки показана на малюнку 205. Для виконання експерименту можна використати водний розчин сульфату міді (CuSO4), а як електроди — мідні пластини. Заряд електрона можна визначити за формулою яку виведено із закону Фарадея для електролізу. Тут m — маса речовини, що виділилася на електроді, М — молярна маса речовини, п — валентність цієї речовини, NA — стала Авогадро, l — сила струму, що пройшов через розчин електроліту, t — час проходження струму. Щоб визначити масу міді, яка виділилася на катоді, його зважують до і після виконання досліду (відповідно т1 та т2). Тому т = т2 — т1 і формула для визначення заряду електрона матиме остаточний вигляд: Для вимірювання сили струму використовують шкільний амперметр (шкала 0-2А; клас точності 2,5), Час вимірюють годинником (електронним чи з секундною стрілкою). Реостат у колі потрібний для регулювання сили струму. Максимальні відносну і абсолютну похибки вимірювання заряду електрона визначають за формулами: Підготовка до виконання роботи 1. Підготувати бланк звіту зі схемою електричного кола і таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень. 2. Зважити катод, заздалегідь зробивши на його верхній частині риску, щоб надалі не переплутати його з анодом. Укріпити електроди в тримачі і, не вставляючи електроди в банку з розчином, скласти електричне коло згідно з малюнком 205. Перевірити надійність електричних контактів, правильність приєднання електродів до джерела струму, правильність приєднання амперметра. Виконання експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Опустити електроди у банку з розчином, замкнути ключ, установити за допомогою реостата силу струму в колі не більше 1А. Процес електролізу має тривати 20 хв, при цьому силу струму в колі слід підтримувати незмінну (за допомогою реостата). Після завершення досліду ключ розімкнути, вийняти і висушити над електроплиткою мідний катод, зважити його. 2. Обчислити епр, максимальні абсолютні і відносні похибки вимірювання сили струму і часу; визначити абсолютну похибку вимірювання маси; обчислити максимальні похибки (відносну й абсолютну) вимірювання величини заряду електрона. 3. Записати результат вимірювання заряду електрона: Порівняти добуте значення заряду електрона з табличним. Контрольне запитання Чи можна, використовуючи застосований метод вимірювання заряду електрона, підвищити точність результату? Як? ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ Обладнання: міліамперметр, джерело живлення, котушки з осердям, дугоподібний магніт, вимикач кнопковий, з'єднувальні проводи, магнітна стрілка (компас), реостат. Підготовка до проведення роботи 1. Вставити в одну з котушок залізне осердя, закріпивши його гайкою. Через міліамперметр, реостат і вимикач приєднати цю котушку до джерела живлення. Вимикачем увімкнути струм і за допомогою магнітної стрілки (компаса) визначити магнітні полюси котушки із струмом. Зафіксувати, в який бік відхиляється при цьому стрілка міліамперметра. У процесі виконання роботи магнітні полюси котушки з струмом можна визначати за напрямом відхилення стрілки міліамперметра. 2. Від'єднати від кола реостат і вимикач, замкнути міліамперметр на котушку, зберігаючи порядок з'єднання їх клем. Постановка експерименту1. Приставити осердя до одного з полюсів дугоподібного магніту і вставити в котушку, спостерігаючи одночасно за стрілкою міліамперметра. 2. Повторити спостереження, виймаючи осердя з котушки, а також змінюючи полюси магніту. 3. Накреслити схему досліду і перевірити правило Ленца для кожного випадку. 4. Розмістити другу котушку поряд з першою так, щоб їх осі збігалися. 5. Вставити в обидві котушки залізні осердя і через вимикач приєднати котушку до джерела струму. 6. Замикаючи і розмикаючи вимикач, спостерігати відхилення стрілки міліамперметра. 7. Накреслити схему досліду і перевірити, як виконується правило Ленца. ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКА ЗАЛОМЛЕННЯ СКЛА Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання Під час роботи вимірюють показник заломлення скляної пластинки, що має форму трапеції. На одну з паралельних граней пластинки похило до неї спрямовують вузький світловий пучок. Проходячи крізь пластинку, цей пучок світла зазнає дворазового заломлення. Джерело світла — електрична лампочка, приєднана до відповідного джерела струму через вимикач. Світловий пучок створюють за допомогою металевого екрана з щілиною. При цьому ширина пучка може змінюватися від зміни відстані між екраном і лампочкою. Показник заломлення скла відносно повітря визначається за формулою - кут падіння пучка світла на грань пластинки з повітря у скло, - кут заломлення світлового пучка в склі. Відношення, що в правій частині формули, знаходять так. Перед тим, як напрямити на пластинку світловий пучок, її розміщують на столі на аркуші міліметрового паперу (або паперу в клітинку) так, щоб одна з її паралельних граней збіглася із завчасно відміченою лінією на папері. Ця лінія позначатиме межу поділу повітря — скло. Тонко заструганим олівцем проводять лінію вздовж другої паралельної грані. Ця лінія зображає межу поділу скло — повітря. Після цього, не зміщуючи пластинки, на її першу паралельну грань під будь-яким кутом напрямляють вузький світловий пучок. Уздовж падаючого на пластинку світлового пучка і того, що вийшов з неї, тонко заструганим олівцем ставлять точки 1, 2, 3 і 4 (мал. 192). Після цього лампочку вимикають, пластинку знімають і під лінійку креслять вхідний, вихідний і заломлений промені (мал.193). Через точку В межі поділу середовищ повітря — скло проводять перпендикуляр до межі, відмічають кути падіння і заломлення . Далі за допомогою циркуля креслять коло з центром у точці В і будують прямокутні трикутники ABE і CBD. Оскільки , і АВ=ВС - то формула для визначення показника заломлення скла матиме вигляд: Довжину відрізків АЕ і DC вимірюють на міліметровому папері або лінійкою. При цьому в обох випадках інструментальну похибку можна брати такою, що дорівнює 1 мм. Похибку відліку також можна брати 1 мм, що врахує неточність розміщення лінійки відносно краю світлового пучка. Максимальну відносну похибку є визначення показника заломлення знаходять за формулою: Максимальна абсолютна похибка визначається формулою: Тут пH — наближене значення показника заломлення, що визначається формулою (1). Остаточний результат визначення показника заломлення записують так: Підготовка до проведення роботи 1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень. Виміряно Обчислено AE, мм DC, Мм nH AE мм DC мм % n 2. Через вимикач приєднати до джерела струму лампочку. За допомогою екрана із щілиною утворити тонкий світловий пучок. Постановка експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Визначити показник заломлення скла відносно повітря при будь-якому куті падіння. Результат записати з урахуванням обчислених похибок. 2. Повторити те саме при іншому куті падіння. 3. Порівняти результати, знайдені за формулами: 4. Зробити висновок про залежність показника заломлення від кута падіння. (Метод порівняння результатів вимірювань викладено у вступі до лабораторних робіт у підручнику з фізики для 10-го класу.) Контрольне запитання Щоб визначити показник заломлення скла, досить виміряти транспортиром кути і й обчислити відношення синусів цих кутів. Який із методів визначення показника заломлення має переваги: цей чи той, який використано в роботі? ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання У роботі на визначення довжини світлової хвилі використовують дифракційну решітку з періодом 1/100 мм або 1/50 мм (період вказано на решітці). Решітка — це основна частина вимірювальної установки, показаної на малюнку 194. Решітка l встановлена в тримачі 2, що прикріплений до кінця лінійки 3. На лінійці розміщується чорний екран 4 з вузькою вертикальною щілиною 5 посередині. Екран можна переміщувати вздовж лінійки, щоб змінювати його відстань до дифракційної решітки. На екрані і лінійці шкали з міліметровими поділками. Вся установка закріплена на штативі 6.Якщо дивитися через решітку i щілину на джерело світла (лампочку розжарювання чи свічку), то на чорному фоні екрана , можна спостерігати по обидва боки від щілини дифракційні спектри 1-го, 2-го і т. д. порядків. Довжина хвилі визначається за формулою де d — період решітки, k — порядок спектра, — кут, під яким спостерігається максимум світла відповідного кольору. Оскільки кути, під якими спостерігаються максимуми 1-го І 2-го порядків, не перевищують 5°, то замість синусів кутів можна брати їх тангенси. З малюнка 195 видно, що Відстань а від решітки до екрана визначають за допомогою лінійки, а відстань b від щілини до вибраної лінії спектра — за шкалою екрана. Довжина хвилі У цій роботі похибку визначення довжини хвилі не оцінюють, бо немає повної чіткості у виборі середини частини спектра даного кольору. Підготовка до проведення роботи 1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень. 2. Скласти вимірювальну установку, встановити екран на відстані 50 см від решітки. 3. Дивитися через дифракційну решітку і щілину в екрані на джерело світла і переміщувати при цьому решітку в тримачі так, щоб дифракційні спектри розмістилися паралельно шкалі екрана. Постановка експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Обчислити довжину хвилі червоного світла в спектрі 1-го порядку справа і зліва від щілини в екрані; знайти середнє значення результатів вимірювання. 2. Зробити те саме для фіолетового світла. 3. Порівняти добуті результати з довжинами хвиль червоного і фіолетового кольорів на кольоровій вклейці V, l. Контрольне запитання Чим відрізняється дифракційний спектр від дисперсійного? СПОСТЕРЕЖЕННЯ ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ І ДИФРАКЦІЇ СВІТЛА Обладнання: пластинки скляні — 2 шт., шматки капронові або батистові, засвічена фотоплівка з прорізом, зробленим лезом бритви, лампочка з прямою ниткою розжарення (одна на весь клас). Постановка експерименту Спостереження інтерференції 1. Скляні пластинки добре протерти, скласти разом і стиснути пальцями. 2. Розглядати пластинки у відбитому світлі на темному фоні (розміщувати їх треба так, щоб на поверхні скла утворювались не дуже яскраві відблиски од вікон чи од білих стін). 3. В окремих місцях стикання пластинок спостерігати яскраві райдужні кільцеподібні або неправильної форми смуги. 4. Простежити, як змінюються форма і розміщення добутих інтерференційних смуг із зміною натиску на пластинки. 5. Спробувати побачити картину інтерференції в прохідному світлі. Спостереження дифракції 1. Установити між губками штангенциркуля щілину завширшки 0,5 мм. 2. Приставити щілину близько до ока, розмістивши її вертикально. 3. Дивлячись крізь щілину на вертикально розміщену розжарену нитку лампи, розглянути по обидва боки- від нитки райдужні смуги (дифракційні спектри). 4. Змінюючи ширину щілини від 0,5 до 0,8 мм, простежити, як це впливає на дифракційні спектри. 5. Спостерігати дифракційні спектри у прохідному світлі за допомогою шматків капрону або батисту, засвіченої фотоплівки з прорізом. 6. Спостерігати дифракційний спектр у відбитому світлі за допомогою грампластинки, розмістивши її горизонтально на рівні очей. СПОСТЕРЕЖЕННЯ СУЦІЛЬНОГО І ЛІНІЙЧАСТОГО СПЕКТРІВ Обладнання: проекційний апарат, спектральні трубки з воднем, неоном чи гелієм, високовольтний індуктор, джерело живлення, штатив, з'єднувальні проводи (ці прилади спільні для всього класу), скляна пластина із скошеними гранями (видається кожному). Постановка експерименту 1. Розмістити пластину горизонтально перед оком. Крізь грані, що утворюють кут 45°, спостерігати світлу вертикальну смужку на екрані — зображення розсувної щілини проекційного апарата. 2. Виділити основні кольори добутого суцільного спектра і записати їх у спостережуваній послідовності. 3. Повторити дослід, розглядаючи смужку через грані, що утворюють кут 60°. Записати відмінності спектрів. 4. Спостерігати лінійчасті спектри водню, гелію або неону, розглядаючи світлі спектральні трубки крізь грані скляної пластини. Записати найбільш яскраві лінії спектрів. ВИВЧЕННЯ ТРЕКІВ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК Під час роботи треба зробити ідентифікацію' зарядженої частинки за наслідками порівняння її треку з треком протона в камері Вільсона, вміщеної у магнітне поле. Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання Для роботи використовують готові фотографії треків двох заряджених частинок (мал. 196). Трек І належить протону, трек ІІ —частинці, яку потрібно ідентифікувати. Лінії індукції магнітного поля перпендикулярні до площини фотографії. Початкові швидкості обох частинок однакові і перпендикулярні до краю фотографії.Ідентифікують невідому частинку, порівнюючи її питомий заряд q/m з питомим зарядом протона. Це можна зробити, зимірявши і порівнявши радіуси треків частинок на початкових ділянках треків. Справді, для зарядженої частинки, яка рухається перпендикулярно до вектора індукції магнітного поля, можна записати: або З цієї формули видно, що відношення питомих зарядів частинок дорівнює оберненому відношенню радіусів їх траєкторій. Радіус кривизни трека частинки визначають так. На фотографію накладають аркуш прозорого паперу і переводять на нього трек (це треба робити обережно, щоб не пошкодити фотографію). Як показано на малюнку 197, креслять дві хорди і в їх серединах ставлять перпендикуляри. На перетині перпендикулярів лежить центр кола; його радіус вимірюють лінійкою. Підготовка до проведення роботи 1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень. 2. Перенести з фотографії на кальку треки частинок. Постановка експерименту, обробка результатів вимірювань 1. Виміряти радіуси кривизни треків частинок, перенесених на папір (на їх початкових ділянках). 2. Порівняти питомі заряди частинки і протона. Ідентифікувати частинку за наслідками дослідження. Контрольні запитання 1. Який напрям має вектор магнітної індукції відносно площини фотографії треків частинок? 2. Чому радіуси кривизни на різних ділянках трека тієї самої частинки різні? | |
| Переглядів: 1060 | |
| Всього коментарів: 0 | |