СКАЧАТЬ:  tetrad_dlya_laboratornykh.zip [428,53 Kb] (cкачиваний: 16)

З О Ш И Т

для лабораторних робіт з фізики

ПРАВИЛА ТЕХНIКИ БЕЗПЕКИ В

КАБІНЕТІ   ФІЗИКИ

1. 3АГАЛЬНI ВИМОГИ:

1.1. Студенти зобов’язані  суворо виконувати правила ТБ i  протипожежної безпеки.

1.2. Студенти повиннi бути дисциплiнованими та органiзованими.

1.3. Забороняється входити до кабiнету у верхньому одязi  i  без змiнного взуття.

1.4. Забороняється приносити та використовувати електроприлади, якi  не передбаченi навчальним процесом.

2. ПЕРЕД ПОЧАТКОМ РОБОТИ:

2.1. При використаннi технічних  засобiв напруга в мережу подаєься з пульта викладача.

2.2. Студент повинен попередити викладача про використання електричних приладів.

2.3. На робочих мiсцях не повинно бути нiяких стороннiх предметiв.

3. ПІД  ЧАС  РОБОТИ:

3.1. Бути уважними, дисциплiнованими, виконувати вказiвки викладача.

3.2. Не включати джерела електроживлення без дозволу викладача.

3.3. Заборонено працювати при недостатньому освiтленнi та користуватися  несправними інструментами та приладами.

4. ПІСЛЯ ЗАКІНЧЕННЯ РОБОТИ:

4.1. Упорядкувати своє робоче мiсце.

4.2. Вимкнути електроприлади, свiтло, зачинити вiкна i дверi.

5. ПРИ АВАРIЙНИХ СИТУАЦIЯХ:

5.1. У разі пожежі, стихiйного лиха та iнших непередбачених небезпек у момент проведення занять, наявним складом (викладача, лаборанта, студентiв) ужити заходiв щодо  їх усунення i за необхідності  евакуювати людей у безпечне мiсце, при цьому зберігаючи спокій і порядок.

5.2. Головна умова успiху при наданнi першоi допомоги — швидкiсть дій i умiння надати допомогу. Якщо  потерпiлий знаходиться під дією  електричного струму, негайно вiдключити напругу мережі. Повiдомити про те, що трапилося, викладачеві.

5.3. За вiдсутностi ознак життя слід зробити штучне дихання методом „рот у рот” чи " рот у нiс” та масаж серця , одночасно  викликати  „швидку  допомогу” за телефоном «03».

ЛИСТ  ОБЛІКУ  ВИКОНАННЯ      РОБІТ

Лабораторна  робота № 1

Перевірка закону Бойля-Маріотта.

Мета  роботи:  1.   Закріпити знання про властивості ідеальних газів.

2.   Експериментально  переконатися в справедливості закону  Бойля-Маріотта.

Обладнання:

1. Штатив.

2. Дві скляні  трубки різного діаметра, запаяні з однієї сторони.

З. Лінійка.

4. Барометр.

Короткі  теоретичні відомості:

Стан  даної маси ідеального газу характеризується трьома параметрами: об’ємом  (V), тиском (Р),  температурою (Т). Перехід з одного стану в інший, при якому обов’язково  змінюються якісь  параметри, носить назву процес. Якщо один з параметрів при  цьому залишається незмінним, то такі процеси називають ізопроцесами (ізос — постійне, незмінне).

Таким чином, існує три ізопроцеси:

1) ізотермічний — процес  при постійній температурі (ізос,  термос);

2) ізобарний – процес  при постійному тиску (ізос, барос);

3) ізохорний - процес при постійному об’ємі   (ізос, хорос). У кожному з цих процесів виконуються свої закони відповідно:

1. Закон Бойля-Маріотта;  якщо  m =сопst та Т= сопst , то

~               або

2. Закон Гей-Люссака ; якщо  m =сопst та Р= сопst, то

~             або

3. Закон Шарля; якщо  m =сопst та V= сопst, то

~              або

Опис установки та  методики вимірювань

Всередині трубки (мал.1.) малого діаметру S знаходиться певна маса повітря при кімнатній температурі Т та атмосферному тиску Р об’ємом

де l₁, - довжина повітряного стовпа в трубці.

Якщо ж цю трубку вставити вверх дном (мал.. 2) у вертикальному положенні  в широку трубку з водою, то завдяки гідростатичному тиску Р стовпа води висотою h  повітря стиснеться і довжина повітряного стовпа стане l₂, а об’єм тієї  ж маси повітря  буде дорівнювати:          

                                                                                                                   h

                                мал. 1                                                мал. 2

У кожному стані повітря в  трубці температура постійна (кімнатна), тому виконується закон Бойля-Маріотта:

              1 стан                                                                                                      2 стан

                                                                                                                                          T=const

                                                                                               або

Після скорочення маємо:

Гідростатичний тиск Р в міліметрах водяного стовпа висотою h  мм можна перевести в міліметри ртутного стовпа Рр.с., бо густина  ртуті в 13,6 разів більша густину води, тому

Тоді  тиск у лівій та правій частинах рівняння  буде виражатися в мм. рт. ст. Остаточна  розрахункова формула прийме  вигляд:

Це рівняння, відповідно до закону Бойля-Маріотта, необхідно перевірити на досліді . Його ліва частина повинна  приблизно дорівнювати правій частині.

Порядок виконання роботи

1. Закріпити трубку великого діаметра вертикально в штативі.

2. Заповнити її рідиною кімнатної  температури ( не  доливаючи 40 мм до її кінця).

3. Виміряти  на столі довжину 1₁ повітряного стовпа  в тонкій трубці.

4. По барометру визначити атмосферний тиск Р₀

5. Обережно вставити тонку трубку відкритим кінцем униз у широку трубку до її дна.

б. Заміряти довжину l ₂  повітря в трубці та висоту  h стовпа води.

7. Записати результати вимірювань до таблиці та виконати розрахунки.

Результати  вимірювань та обчислень:

Обчислення:

Висновок: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні запитання:

1. Що таке  газовий процес? Ізопроцес? ________________________________________  ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Які  бувають  ізопроцеси?  __________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3  За яких умов виконуються і як записуються закони:

а)Бойля-Маріота? __________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

б)Гей-Люссака? _____________________________________________________________

__________________________________________________________________________

с) Шарля? ______________________________________________________________

________________________________________________________________________

д)Клапейрона-Менделєєва? ___________________________________________________

_________________________________________________________________________

е)Клайперона? _____________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Підпис викладача:

 -  виконав

-  здав 

- зауваження:

                                               Лабораторна робота № 2

Визначення  абсолютної та відносної вологості повітря

Мета  роботи:  1.   Закріпити теоретичні знання з вологості повітря

                             2. Ознайомити з методами та  приладами  визначення вологості

З. Визначити  абсолютну  та   відносну вологість повітря за даних умов.

Обладнання:

1. Гігрометр

2. Резинова груша

З. Термометр

4. Рідина, яка  швидко випарюється

5. Психрометр

Короткі  теоретичні відомості:

Повітря завжди вологе. Наряду з іншими газами до складу повітря  нашої атмосфери обов’язково  входить водяний газ-пар, слад якого залежить від умов, тому  вводяться фізичні характеристики кількісного складу  водяних парів.

Абсолютна вологість повітря — це густина  водяних парів ρ, величина, яка чисельно дорівнює масі водяних парів, які знаходяться в одиниці об’єму  повітря. З ростом температури повітря абсолютна вологість може також рости,  однак не може бути більше деякої максимальної вологості Рn - обумовленої  насиченим станом повітря. Таким чином при будь якій температурі абсолютна вологість може бути в межах:

                                                                                н

Густина парів насиченого стану р_н  залежить  лише від температури збільшуючись з її ростом й заноситься до таблиці. Таким чином, за при будь якої температури можливо визначити максимальну повітряну  абсолютну вологість ρ_н .

Відносна вологість повітря показує, який стан даного повітря в порівнянні з насиченим: близьке чи далеке до насичення, і визначається відношенням абсолютної вологості ρ_а максимально величиною при даній температурі до густини насичених водяних парів приданій температурі                                      ρ_а                         

                                                                          ρ_н 

як видно, представляє собою безрозмірну величину, тому виражається у відсотках. Якщо повітря при певній  абсолютній вологості охолоджувати , то при цьому відносна вологість буде збільшуватися, тому що   

 падає. При достиганні  насиченого стану при якійсь температурі, яка називається точкою роси, відносна вологість  буде 100%. Подальше зниження температури приведе до конденсації частини водяних парів (роса, туман), так як ρ_н буде продовжувати  зменшуватися.

Опис установки та  методики вимірювань

Робота  передбачає вимір  вологості повітря двома способами: за допомогою гігрометра та  психрометра.

Гігрометр  представляє собою круглу коробочку з металічної  фольги, з  невеликою судиною для рідини, яка легко випарюється, через яку за допомогою  груші прокачують повітря,  забезпечуючи інтенсивне випарювання цієї рідини. Внаслідок  температура коробочки та повітря поблизу її поверхні зменшується і при певній  температурі, яка визначається термометром, на полірованій  частині гігрометра з’являються мікроскопічні капельки роси,  а сама поверхня стане матовою. Знаючи   точку роси,  по таблиці  визначається густина насичених парів, яка і буде дорівнювати абсолютній вологості  при кімнатній температурі.

Психрометр —має два однакових термометра, один з котрих огорнуто  марлевим тампоном, опущеним  в посуд з водою (вологий термометр). Чим менше відносна вологість повітря, тим більше  молекул, які випарюються за одиницю часу, і більше теплота пароутворення, яка забирається у  води в марлевому тампоні,  та більша різниця температур сухого та мокрого термометрів. За  таблицею, наведеною  на самому психрометрі, можливо визначити відносну          вологість повітря, якщо знати  різницю показників термометрів.

Порядок виконання роботи

.

1.   Визначення  вологості за допомогою гігрометра

1. Визначити кімнатну температуру.

2. Налити в гігрометр  невелику кількість ефіру  та  вставити в нього термометр.

З. За допомогою резинової груши продувати повітря крізь  гігрометр до появи на його полірованій поверхні роси.

4. Визначити точку  роси по термометру.

5. Визначити густину  насичених  парів.

б. Розрахувати  відносну вологість .

II. Визначення вологості за допомогою психрометра

1. Визначити температуру сухого и вологого термометрів та знайти різницю показників.

2. По психрометричній таблиці знайти відносну вологість повітря.

Результати  вимірювань та обчислень:

Обчислення:

Висновок: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання:

1. Чому повітря завжди вологе?________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Що таке  абсолютна  вологість повітря? _______________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. В яких одиницях вона вимірюється?__________________________________________

4. Що показує відносна вологість повітря? Як вона визначається?___________________

___________________________________________________________________________

5. Як  пояснити  насичений стан повітря?_______________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

б. Що буде в повітрі, якщо його  температура  знизиться и стане нижче точки роси? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Чому температура мокрого термометра, як правило, нижче, ніж сухого?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Чи бувають   випадки , коли показання  сухого і вологого термометрів однакові? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Підпис викладача:

 -  виконав

-  здав 

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Визначення коефіцієнта  поверхневого натягу води.

Мета  роботи:  1.   Поглибити знання будови  та властивостей рідин.

                    2. Зміцніти і  розширити теоретичні відомості  поверхневого натягу рідини. 

                 3. Експериментально визначити  коефіцієнт  поверхневого натягу води.

Обладнання:

1. Терези

2. Штатив

З. Крапельниця

4. Посудини

5. Досліджувана рідина (вода).

Короткі  теоретичні відомості:

Рідина має щільну  упаковку  молекул, внаслідок чого  значною мірою діють  сили молекулярної  взаємодії.

 Одночасно молекула, яка знаходиться в поверхневому  шарі, і молекула, яка розташована  всередині рідини, знаходяться в різних умовах: на останню діють  сили взаємодії зі сторони навколишніх  молекул, та рівнодійна дорівнює нулю. На молекулу в поверхньовому шарі діють оточуючі її молекули тільки  з одієї сторони, наприклад, знизу (мал. 1), а зверху молекул рідини немає. Таким чином  рівнодійна сила не може  бути ріна нулю і направлена завжди  всередину рідини.

                        Мал.. 1

 На кожну молекулу поверхневого шару рідини діє сила, яка намагається  втянути її всередину рідини. Тому чим більша довжина контуру поверхні, тим більше молекул і тим більша сила поверхневого натягу                     

                                                                                                        або                                                    

де α - коефіцієнт поверхневого натягу, який залежить від  роду рідини , від наявності   домішок та від температури.

Якщо є  сили взаємодії, є  потенціальна енергія. Кожна молекула поверхневого шару має запас потенціальної енергії, а їх сумарна енергія - енергія поверхневого шару або поверхнева енергія. Рідина завжди  прагне до зменшення поверхневої  енергії, т.щ. прагне мати найменше число молекул в поверхневому шарі.

Тому поверхня рідини поводить себе як розтягнута гумова плівка. Якщо ми збільшимо   поверхню рідини на ∆S,  то ми виконаємо  роботу А , яка іде на збільшення енергії поверхневого шару  , тому

         або

Опис   установки та  методики вимірювань

В основі роботи лежить метод  відриву крапель, витікаючи  з крапельниці, закріпленої на штативі (мал. 2). В момент відриву краплі її сила тяжіння  дорівнює силі  поверхневого натягу , яка діє по всій довжині кола шийки краплі 1, яка менша  за довжину кола трубки крапельниці.

                                                                          ,

де  D – внутрішній діаметр трубки.

Таким чином

                                                                                  або                   ,       звідки

                                     Для більш точного визначення  маси m  однієї краплі в попередньо зважений посуд  пропускаємо N  крапель і  важимо посуд з рідиною. Тоді  маса однієї краплі

                                      де  m1 та m2 - відповідно маси сухого посуду і посуду з рідиною.  

                                      Тоді розрахункова  формула приймає такий  вигляд

    мал.2                                         Порядок виконання роботи

.

1.   Визначити  масу  m1  основного сухого посуду, зваженого  на терезах.

2. Установити  крапельницю вертикально на висоті, яка зручна для  падіння крапель в допоміжний посуд.

3. Відрегулювати затиск так, щоб краплі падали одна  за другою з інтервалом, зручним для рахування

4. Після падіння чергової краплини швидко змінити посуд  та почати відлік крапель, що падають до основного посуду.

5. Після відліку N крапель (N=100) швидко замінити  посуд та затиснути затиск  крапельниці.

б. Зважити, визначаючи масу m 2  основного  посуду з рідиною.

7. Вимірюють  діаметр трубки крапельниці D .

8. Рахують  коефіцієнт поверхневого натягу й порівнюють отримане значення з табличним

9. Розрахувати  відносну похибку вимірювань

Результати  вимірювань та обчислень:

Обчислення:

Висновок: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання:

1. Чому  існує  поверхневий натяг?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. В чому полягає фізичний зміст коефіцієнта поверхневого  натягу? ________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Від  чого залежить коефіцієнт поверхневого  натягу?____________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Як розрахувати  силу поверхневого  натягу? ___________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Яку форму приймає  рідина  в умовах невагомості? _________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Підпис викладача:

 -  виконав

-  здав 

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА     РОБОТА №4

Визначення   коефіцієнта   лінійного   розширення   твердих   тіл

Мета  роботи:  1.   Закріпити знання з теплового розширення твердих тіл

     2. Шляхом дослідження визначити коефіцієнт   лінійного   розширення

 стержня  та визначити, з якого металу його виготовлено

Обладнання:

1.  Електронагрівальний прилад

2. Індикатор малих переміщень

З. Пробірка

4. Термометр

5. Досліджуваний стрижень

Короткі    теоретичні відомості:

В твердих тілах молекули здійснюють  хаотичний тепловий рух біля  положення рівноваги, завдяки  силам взаємодії - силам тяжіння та відштовхування, які зменшуються зі збільшенням відстані між молекулами. Однак характер їх залежності різний: сила відштовхування  більше  залежить від відстані, чим сила тяжіння. Тому зі збільшенням температури зростає кінетична енергія теплового руху молекул і відповідно амплітуда коливань, але наближаються молекули одна до одної на меншу відстань, ніж  віддаляються. Як наслідок, при нагріванні, середня відстань  між молекулами збільшується, збільшуються розміри тіла та відповідно його  об’єм  . Так, якщо при температурі , яка дорівнює нулю градусів Цельсія довжина   стрижня була l₀. то при температурі  t° його  довжина l  стане більшою

де β - температурний (термічний) коефіцієнт  лінійного розширення, який залежить  від  роду матеріалу та  умов, і тому є одною з найважливіших теплових характеристик речовини.

Залежність ця  лінійна,  а коефіцієнтом

пропорційності (кутовим  коефіцієнтом) є Iоβ, що визначається  тангенсом кута нахилу φ           

      о

де 1 – довжина  стрижня при кімнатній

температурі  t_k^о.  З цього відношення  витікає

Термічний коефіцієнт  лінійного розширення показує, на яку частину довжини  при О°С

змінюється його довжина при нагріванні на 1 °С.

Тому що довжина  стержня при кімнатній температурі t_k^о мало відрізняється від його  довжини  при О°С, остаточно маємо розрахункову  формулу:

Опис   установки та  методики вимірювань

Досліджувальний срижень вміщує до пробірки 2 з водою кімнатної температури, яка вимірюється термометром.

Після вмикання електронагрівального приладу  З до електричної мережі з  напругою

                                                                            220 В, вода в пробірці нагрівається і

                                                                            подовжує стрижень. Наверху станіни 4 в

                                                                            поворотному кронштейні 5 установки

                                                                            зажато  індикатор 6,  який показує  

                                                                            подовження  стрижня. В момент закипання

                                                                            води фіксують подовження при нагріванні

                                                                            стрижня від кімнатної температури до

                                                                            температури кипіння ( 100^о С).

Порядок виконання роботи

1. Налити  половину пробірки води, вставити термометр та опустити в прилад.

2. Якщо  показання термометра не змінюються, виміряти t°_k. 

3. Достати термометр, обережно вставити в пробірку досліджуваний стрижень округлим кінцем униз та  опустити  в пробірку через  гумову прокладку.

4. В поворотний кронштейн вставити індикатор так, щоб його шток опинився в заглибленні стрижня і зажати.

5. Поворотом зовнішнього  кільця шкали індикатора установити стрілку на нульову позначку.

б. Вставити  електричну вилку до розетки та  ввімкнути прилад (загориться контрольна лампочка)

7. IIід час  закипання  води визначити  подовження  стрижня ∆l ,якщо   показники індикатора вже не змінюються (весь стрижень нагрівся до 100°С)

8. Вимкнути прилад, дістати вилку з розетки.

9. Розрахувати термічний коефіцієнт лінійного розширення; порівнюючи його значення з табличним , визначити  матеріал, з якого виготовлено стрижень і розрахувати відносну похибку вимірювань.

Результати  вимірювань та обчислень:

Обчислення:

Висновок: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні  запитання:

1. Яка причина теплового розширення тіла? ___________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Як  змінються лінійні розміри тіла з ростом температури?_____________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

З. Як змінюється об’єм  тіла зі збільшенням температури?_________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Що представляють собою термічні коефіцієнти  лінійного та об’ємного  розширення? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Яке значення мають  температурні зазори ( рельси, мости) та  температурні шви (будівлі, конструкції) _____________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Чи для всіх речовин у будь якому температурному інтервалі характерне розширення при нагріванні? _________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Які особливості  розширення води, чавуну,  сталі, алюмінію? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Підпис викладача:

 -  виконав

-  здав 

- зауваження:

Лабораторна    робота № 5.

Визначення електроємності конденсатора

Мета  роботи:  1.Закріпити теоретичні  знання з електроємності провідників 

                            2. Ознайомитися  з методами вимірювання електроємності

                            3. Шляхом дослідження визначити електроємність конденсатора

                            4. Придбати практичні навички , необхідні електромеханіку.

Обладнання:      1 .Джерело струму;

2. Авометр;

З. Вмикач;

4. Конденсатори відомої та невідомої електроємності.

5. З’єднувальні провідники.

Короткі   теоретичні відомості:

Найважливішою характеристикою будь-якого  провідника є електрична ємність (електроємність або просто емність), завжди притаманна  йому, як  і його маса. Як відомо, заряд, наданий провіднику, розподіляється тільки по його поверхні, а тому кожна наступна порція заряду розподіляється аналогічно попередній. В зв’язку з  ростом заряду провідника росте і його потенціал, а  відношення заряду  до  потенціалу для даного провідника є постійною величиною, незалежною ні від  заряду, ні від потенціалу. Вона і називається електроємністю.

                                                                               або

Електроємність провідника -  фізична скалярна величина чисельно дорівнює  наданому заряду, який  змінює  його потенціал на одиницю.

Електроємність  залежить від геометрії провідника ( від  розмірів та форми), від середовища, в якому знаходиться провідник, від наявності поблизу інших провідників. Одиницею вимірювання електроємності є ФАРАД (позначається Ф)

1Ф =  1 Кл/ 1 В

Фарад - це ємність такого окремого , розташованого в вакуумі провідника, при наданні якому заряду в  1 Кл  його потенціал змінюється на 1 В. Електроємність в 1 Ф не належить ніякому  реальному провіднику. Наша Земля (самий найбільший провідник) має значно меншу ємність, тому на практиці  використовують  зменшувані  приставки:

1 мФ (міліфарад) = 10 ^-3 Ф

1 мкФ (мікрофарад) = 10 ^-6 Ф

1 н