Учебно-методическое пособие по физике для выполнения лабораторных работ. 1 курс

Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Сестрорецкий лицей имени С.И.Мосина»
Учебно-методическое пособие
по выполнению лабораторных работ
по ОДБ.07 Физика
I курс
Санкт-Петербург
2015 г.
Содержание
Пояснительная записка3
Правила внутреннего распорядка в лаборатории 4
Требования безопасности во время выполнения
лабораторных работ5
Оценка лабораторных работ6
Инструкции к лабораторным работам 1 курса:
Лабораторная работа № 1. «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении»7
Лабораторная работа № 2. «Измерение скорости неравномерного движения»9
Лабораторная работа № 3. «Изучение движения тела брошенного горизонтально»11
Лабораторная работа № 4. «Определение жесткости пружины»13
Лабораторная работа № 5. «Исследование зависимости силы
трения от веса тела»14
Лабораторная работа № 6. «Опытная проверка закона
Бойля-Мариотта»16
Лабораторная работа № 7. «Измерение относительнойвлажности воздуха»18
Лабораторная работа № 8. «Расчет массы воды в одном
кубическом метре воздуха класса»19
Лабораторная работа № 9. «Сборка электрической цепи
и измерение силы тока и напряжения наее
различных участках»20
Лабораторная работа № 10. «Определение ЭДС
и внутреннего сопротивления источника тока»22
Список литературы23
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебно-методическое пособие разработанодля выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине Физика при реализации образовательной программы среднего общего образования в пределах основной профессиональной образовательной программы среднего профессионального образованиядля профессий19.01.17 «Повар, кондитер» и 23.01.03 «Автомеханик».
Данное пособие предназначено для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений по программе ОДБ.07 “Физика”.
Основное назначение учебно-методического пособия– оказать помощь студентам в подготовке и выполнении лабораторных работ, а также облегчить работу преподавателя по организации и проведению лабораторных занятий.
Лабораторные работы являются эффективным средством активизации имотивации обучения физике, способствуют применению различных методов и приемов обучения для формирования у студентов системы прочных знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, помогают развитию мышления студентов.
Целями выполнения лабораторных работ является:
обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины;
формирование умений применять полученные знания на практике, реализация единства интеллектуальной и практической деятельности;
развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов; аналитических, проектировочных, конструктивных и др.
выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.
Весь процесс выполнения лабораторных работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с приборами и сборку схем, проведение опыта и измерений, числовую обработку результатов лабораторного эксперимента и сдачу отчета по выполненной работе.
В данном пособии приведены письменные инструкции к каждой лабораторной работе.Каждая инструкция содержит: название работы, цели ее проведения, теоретические сведения, необходимое оборудование, приведено описание хода работы с рисунками, таблицами и расчетными формулами.
После выполнения работы студент представляет отчет по лабораторнойработе.
Выполнение всех работ является обязательным для всех обучающихся.
ПРАВИЛА ВНУТРЕННЕГО РАСПОРЯДКА В ЛАБОРАТОРИИ
При выполнении лабораторных работ, во избежание несчастных случаев, а также порчи приборов и электрооборудования студент должен строго выполнять следующие правила внутреннего распорядка и техники безопасности:
1. Приступая к работе в лаборатории, студент должен ознакомиться справилами внутреннего распорядка и техники безопасности.
2. Студенты обязаны не только строго выполнять эти правила, но и требовать неуклонного выполнения их от своих товарищей.
3. В лаборатории запрещается громко разговаривать, самовольно покидать рабочие места и переходить от одного стенда к другому.
4. Лабораторная работа, пропущенная студентом, выполняется по особому расписанию в дни отработок и с разрешения преподавателя.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВО ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Во время выполнения лабораторной работы учащийся обязан:
соблюдать инструкцию по технике безопасности при проведении лабораторных работ по физике и инструкции по выполнению конкретной лабораторной работы, правила эксплуатация оборудования и приспособлений;
находиться на своем рабочем месте;
неукоснительно выполнять все указания преподавателя (иного лица, проводящего занятия) и (или) лаборанта;
соблюдать осторожность при обращении с оборудованием и приспособлениями;
режущие и колющие инструменты класть на рабочем месте острыми концами от себя;
жидкости и твердые тела нагревать до температуры не выше 70 градусов;
соблюдать осторожность при обращении с приборами и лабораторной посудой из стекла;
следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях;
при сборке электрической схемы использовать провода с наконечниками без видимых повреждений изоляции, избегать пересечения проводов, источник тока подключать в последнюю очередь;
напряжение подавать на собранную электрическую схему только после ее проверки преподавателем (иным лицом, проводящим занятия) и получением их разрешения;
наличие напряжения в электрической цепи проверять только с помощью электроизмерительных приборов;
не допускать попадания влаги на поверхность оборудования;
постоянно поддерживать порядок и чистоту на своем рабочем месте.
Учащимся запрещается:
прикасаться к нагретым элементам оборудования, электрическим разъемам и открытому пламени;
запрещается направлять острые концы колющих и режущих предметов на себя и других лиц;
прикасаться к находящимся под напряжениям элементам электрической цепи, к корпусам стационарного электрооборудования, зажимам конденсаторов, производить переключения в электрических цепях до отключения источника тока;проводить измерения значения физических величин, превышающих предельные значения измерительных приборов;
оставлять без надзора включенные электрические устройства и приборы;
выполнять любые действия без разрешения преподавателя (иного лица, проводящего занятия);
выносить из кабинета и вносить в него любые предметы, приборы и оборудование без разрешения преподавателя (иного лица, проводящего занятия).
Обо всех неполадках в работе оборудования необходимо ставить в известность преподавателя (иное лицо, проводящее занятия). Запрещается самостоятельное устранение любых неисправностей используемого оборудования.
Оценка лабораторных работ.
Оценка 5 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу в полном объеме с соблюдением 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 безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления, правильно выполняет анализ погрешностей.
Оценка 4 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу в соответствии с требованиями к оценке 5, но допустил два-три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.
Оценка 3 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.
Оценка 2 ставится в том случае, если учащийся выполнил работу не полностью и объем выполненной работы не позволяет сделать правильные выводы, вычисления; наблюдения проводились неправильно.
Оценка 1 ставится в том случае, если учащийся совсем не выполнил работу.
Во всех случаях оценка снижается, если учащийся не соблюдал требований правил безопасного труда.
Лабораторная работа № 1
Измерение ускорения тела при равноускоренном движении
Цель работы: определить величину ускорения, с которым тело соскальзывает с наклонной плоскости.
Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения тела, секундомер.
При равноускоренном движении тела по прямой линии перемещение, которое оно совершает, ускорение, начальная скорость и время движения связаны соотношением:
S= vot+ at22.
Если тело начинает движение из состояния покоя, то его начальная скорость равна нулю и его перемещение будет изменяться со временем по закону:
S= at22.Из этой формулы следует, что ускорение тела можно определить по формуле:
a= 2St2 .Ход работы
4044315527051. Нарисуйте схему прибора для изучения прямолинейного движения тела.
2. Подготовьте таблицу записи результатов и расчетов.
№ опыта S1, м t, с tср1, с а1, м/с
1 2 3 № опыта S2, м t, с tср2, с а2, м/с
1 2 3 № опыта S3, м t, с tср3, с а3 , м/с
1 2 3 3. Соберите установку:
- Направляющую рейки, по которой будет соскальзывать каретка, с помощью штатива закрепите наклонно, так чтобы ее верхний край находился бы на высоте 18-20 см от поверхности стола;
- Первый датчик установите на направляющей рейке вблизи метки каретки.
- Второй датчик расположите на удалении 20см от первого.
- По шкале прибора измерьте и запишите значение перемещение (S1), которое каретка совершит, двигаясь между датчиками.
- Отпустите каретку и определите время ее движения (t1).
- Повторите опыт 3 раза.
- Найдите среднее время движения (tср.1) по формуле:
tср= t1+t2+t33
- Вычислите ускорение каретки:
a1= 2St2.4. Измените расстояние (S2) между датчиками на 5 см и определите ускорение каретки (а2) на этом участке.
5.Измените расстояние (S3) между датчиками еще на 5 см и определите ускорение каретки (а3) на этом участке.
6. Напишите вывод.
Лабораторная работа № 2
Измерение скорости тела при равноускоренном движении
Цель работы: определить значение скорости тела, двигающегося прямолинейно и равноускоренно, в заданной точке его траектории.
Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения, штатив.
Теория
При равноускоренном движении без начальной скорости пройденное расстояние определяется
S= at22отсюда a= 2St2
Мгновенная скорость v=a∙tХод работы
3615690135255
1. Рисунок
№
пуска t tср S Vк
1
2
… 2. Таблица:
1. Соберите установку (на рисунке), так, что бы верхний край рейки располагался на высоте 18-19 см от поверхности стола.
2. Удерживайте каретку на направляющей рейке в крайнем верхнем положении, так, чтобы ее выступ с меткой был обращен в сторону датчиков, вблизи ее метки поместите первый датчик.
3. Установите второй датчик на расстоянии 20 см от первого.
4. Измерьте расстояние между датчиками - S(запишите в таблицу).
5. Сделайте 6-7 пусков каретки, всякий раз записывайте показание секундомера.
6. Вычислите среднее значение времени движения каретки между датчиками - tср.
7. Выведите формулу для подсчета скорости Vк зная S; t
И V0
8. Вычислите Vк каретки в точке траектории, где установлен второй счетчик.
9. Заполните таблицу.
10. Сделайте вывод.
Лабораторная работа № 3
Изучение движения тела брошенного горизонтально
Цель работы: измерить начальную скорость тела, брошенного горизонтально.
Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, изогнутый желоб, металлический шарик, лист бумаги, лист копировальной бумаги, отвес, измерительная лента.
Ход работы
1. Сделайте рисунок.
2. Таблица:
№ опыта Высота полета тела h, м Дальность полета тела l, м Начальная скорость тела v0, м/сСредняя скорость тела, v0 ср, м/с1 2 3 4 5 2777490251460
3. Соберите установку, представленную на рисунке. Нижний участок желоба должен быть горизонтальным.
4. Положите под желобом лист бумаги. Отметьте на этом листе точку А, находящуюся на одной вертикали с нижним концом желоба.
36918904781555. Поместите в желоб шарик и без толчка отпустите. Заметьте место, куда упадет шарик. На это место положите лист бумаги, а на него – лист копировальной бумаги «рабочей» стороной вниз.
6. Поместите в желоб шарик и без толчка отпустите его. Повторите опыт 5 раз.
7. Снимите лист копировальной бумаги. Измерьте расстояния от точки А до каждого отпечатка (дальность полета - ℓ ).8. Измерьте высоту h.
9. Результаты измерения занесите в таблицу.
10. Расчеты:vo= l∙g2h
voср= v1+v2+v3+v4+v5511. Запишите выводы:
Лабораторная работа №4
Определение жесткости пружины
Цель работы: проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить жесткость этой пружины.
Оборудование:штатив с муфтой и зажимом, динамометр, набор грузов известной массы, линейка.
Ход работы:
Нарисуйте рисунок установки.
Оформите таблицу
Номер опыта Масса груза,
m, кг Сила тяжести,mg, H Растяжение пружины
ΔΧ,м Жесткость пружины,
k, Н/м
1 2 3 422529079375
Соберите установку по рисунку.
Подвесьте к пружине груз массой 100 г и измерьте удлинение пружины ΔΧ.
Рассчитайте коэффициент жесткости k1 по формуле:
 
Принять g = 9,8 м/с2.
Подвесьте к пружине 2-ой груз и вновь измерьте удлинение пружины. Рассчитайте жесткость пружины k2.
Подвесьте к пружине 3-ий груз и вновь измерьте удлинение пружины. Рассчитайте жесткость пружины k3.
Результаты измерений занести в таблицу 1.
Рассчитайте среднее значение k по формуле:
kср= k1+k2+k33Постройте график зависимости силы упругости от удлинения.
Напишите вывод.
Лабораторная работа № 5 «Исследование зависимости силы трения от веса тела»
Цель работы: Изучить зависимость силы трения скольжения от веса тела.
Оборудование: Динамометр, набор грузов, деревянный брусок
Ход работы
1. Сделайте рисунок.
4686300263525
2. Результаты измерений занесите в таблицу
Номер опыта Сила трения скольжения
Fтр, Н Вес тела
Р, Н Коэффициент трения, μ
1      
2      
3      
Поместите на брусок груз массой 100 г.
Прицепите к бруску крючок динамометра и приведите брусок в прямолинейное равномерное движение. Зафиксируйте показания динамометра при движении.
Держа динамометр вертикально, измерьте вес бруска вместе с грузом.
Рассчитайте значение коэффициента трения и запишите его в таблицу:
114300041910
Повторите опыты по измерению силы трения скольжения, нагрузив брусок двумя и тремя грузами.
По данным таблицы постройте график зависимости силы трения скольжения от веса.

Fтр, Н

Р, Н
Проанализируйте график и сделайте выводы.
Лабораторная работа № 6
Опытная проверка закона Бойля-Мариотта
Цель работы:проверить выполнение закона Бойля-Мариотта.
4428490165735Оборудование: Пластиковый сосуд (объем 55 мл), манометр,шприц (объем 10 мл) с оцифрованной шкалой, зажим, тройник, трубки ПBX, барометр (один на кабинет).
Общий объем пластикового сосуда с трубками
составляет 60 мл.
ДляпроверкизаконаБойля-Мариоттасравниваютдвасостояниявоздухавсосудеприкомнатнойтемпературе.
Первое состояние соответствует атмосферному давлению, которое фиксируется по барометру, и объему в 70 мл (поршень шприца выдвинут до отметки 10 мл). Приэтомзажимснят.
Для получения второго (третьего) состояния воздуха ставят зажим и уменьшают объем воздуха в сосуде, вдвигая поршень до отметки 6 мл (2 мл), что соответствует общему объему 66 мл (62 мл). Затемсравниваютпроизведенияобъемаидавлениявоздухавсосуде.
Ходработы:
Начертите таблицу:
Состояние ри,
мм рт.ст. р1=ра+ри,
Па

1 2 3 р а = р 1 =1 мм рт.ст. ≈ 133 Па
2.Соберите установку без зажима.
3.Определите атмосферное давление по барометру (ра). Запишите давление в таблицу.
4.Выдвиньте поршень шприца до отметки 10 мл (при этом общий объем установки составит 70 мл – V1). Занесите объем в таблицу.
5. Для получения второго состояния воздуха установите зажим.
6.Переместите поршень до отметки 6 мл, что соответствует общему объему 66 мл – V2.
7.Определите давление воздуха по показаниям манометра (р и).
8.Переместите поршень до отметки 2 мл, что соответствует общему объему 62 мл – V3.
9.Определите давление воздуха по показаниям манометра (р и).
10. Для каждого состояния рассчитайте р·V. Сравните результаты.
11. Сделайте вывод.
Лабораторная работа № 7
Измерение относительной влажности воздуха
Цель работы: научиться определять влажность воздуха.
Оборудование: психрометр, психрометрическая таблица.
3707765172720
Теоретические сведения.
Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, одни из которых обмотан тканью. Если водяной пар в воздухе не насыщен, то вода из ткани будет испаряться и показания «влажного» термометра будут меньше, чем сухого.
Ход работы:
1.Нарисуйте рисунок психрометра в тетради.
2. Подготовьте таблицу и запишите показания сухого и влажного термометров в таблицу.
tсух,оСtвлаж,оСΔt, оСφ, %
3. С помощью психрометрической таблицы определите относительную влажность воздуха.
4. Запишите сделанный вами вывод.
Лабораторная работа № 8
«Расчет массы воды в одном кубическом метре воздуха класса»
Цель работы: Рассчитать массу воды в одном 1 м3воздуха.
Оборудование: психрометр, психрометрические таблицы.
Ход работы
1.Измерить температуру воздуха в классе (tсух).
2.Измерить термометру по влажному термометру (tвл)
3. Найти разность показаний сухого и влажного термометров.
4. Пользуясь психрометрической таблицей, определить относительную влажность воздуха в классе (φ). 5. Пользуясь таблицей зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры находим плотность водяного пара при данной температуре (ρо).
6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
температура воздуха в классе,
tсух термометра по влажному термометру, tвлразность показаний сухого и влажного термометров,Δt. относительная влажность воздуха в классе,
φ плотность водяного пара при данной температуре, ρо. массу воды в 1 м3 воздуха,
m
7. По формуле вычислить массу воды в 1 м3 воздуха класса.
m= ρ∙Vφ= ρρo∙100%
m= φ∙ρoV∙1008. Сделайте вывод.
Лабораторная работа № 9.
«Изучение последовательного и параллельного соединения проводников».
Цель: Сделать вывод о выполнении законов последовательного и параллельного соединения проводников.
Оборудование: Источник питания, амперметр, вольтметр, два резистора, соединительные провода.
Ход работы.
1. Собрать цепи:
а) с последовательным и б) параллельным
соединением резисторов:


А V A V
R1 R2 R1

R2
2. Снять показания с амперметра и вольтметра.
3. Рассчитать общее сопротивление резисторов, используя закон Ома (практически) и номинальные значения сопротивления резисторов (теоретически):R= UIa) R = R1 + R2; б) R= R1∙R2R1+R2Результаты занести в таблицу:
Вид соединения R1, Ом R2, Ом I, А U, В R, Ом
полученное практически полученное теоретически
последовательное параллельное 4.Сделать вывод.
Лабораторная работа № 10
Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока
Цель работы: изучить метод измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.
Оборудование:металлический планшет, источник тока, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, зажимы, соединительные провода.
Ход работы
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
ℇ, В UR, В I, А r, Ом
3053715200660
2. Начертите схему для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.
3. Измерьте величину ЭДС. ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом ключе.
4. Замкните ключ и определите показания амперметра и вольтметра.
5. По формуле r= ℇ-URI вычислите внутреннее сопротивление источника.
6. Запишите вывод.
Список литературы
Бурова В.А. и Никифорова Г.Г. «Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах общеобразовательных учреждений». Книга для учителя. М., Просвещение, 1996г.
Виноградова М.Д., Первин И.Б. «Коллективная познавательная деятельность и воспитание школьников». М., 1977г.
Дмитриева В.Ф. Физика: учебник. – М., 2003. Дьяченко В.К. «Сотрудничество в обучении» М., 1991г.
Ерунова Л.И. «Урок физики и его структура при комплексном решении задач обучения». М., 1988г.
Кабардин О.Φ., Орлов В.А. Экспериментальные задания по физике. 9—11 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. – М., 2001.
Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): учебник. – М., 2003.
Усова А.В., Бобров А.А. «Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики». М., 1988г.
Усова А.В., Вологодская З.А. «Самостоятельная работа учащихся в средней школе». М., 1981г.
Федеральный компонент государственного стандарта общего образования / Министерство образования РФ. – М., 2004.