Краткое теоретическое обоснование

Плотность однородного вещества  - физическая величина, равная отношению массы вещества m к его объему V:

 

Оборудование: исследуемые бруски и гирька на нитке; 2)весы с разновесом;

3)штангенциркуль 4) мензурка с водой.

Порядок выполнения работы

1. Штангенциркулем измерить линейные размеры одного из брусков и вычислить его объем по формуле V = abc, где a, b, c – соответственно длина, ширина и высота бруска.

2.С помощью весов определить массу бруска и вычислить плотность вещества бруска.

3.Опыт повторить с другими исследуемыми брусками.

4.В мензурку, заметив в ней уровень воды, погрузить на нитке гирьку (полностью). Измерить объём гирьки

5.Рассчитать плотность гирьки.

6.Определить относительную погрешность 

7.Результаты измерений, вычислений записать в таблицу 1.

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов при определении плотности твердых тел

Длина бруска а, м	Ширина бруска b, м	Высота бруска с, м	Объем V, м3	Масса m, кг	Плотность , кг/м3	Относит. погрешность , %

Контрольные вопросы

1. От чего зависит плотность вещества?

2. Перевести 1 г/см³ в кг/м³

Лабораторная работа № 2

Определение ускорения свободного падения с помощью

математического маятника на широте г. Новый Уренгой

Цель: определить ускорение свободного падения на широте г. Новый Уренгой.

Краткое теоретическое обоснование

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. Моделью такого маятника может служить шарик, подвешенный на длинной нити.

На основании многочисленных опытов установлены законы колебания математического маятника:

1. Период колебаний не зависит от массы маятника и амплитуды его колебаний, если угол размаха не превышает 6.

2. Период колебаний математического маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины маятника и обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения:

Т = 2

Из этой формулы можно найти ускорение свободного падения.

Оборудование: 1) штатив с держателем; 2) шарик с нитью длиной не менее 1м 3) пробка с прорезью в боковой поверхности;4) метровая линейка; 5) штангенциркуль;6) секундомер.

Порядок выполнения работы

1. Поместить штатив с держателем на край стола.

2. Укрепить свободный конец нити шарика в прорези пробки и зажать пробку в держателе (длина нити должна быть порядка 1000мм.

3. Измерить диаметр шарика штангенциркулем, длину нити линейкой.

4. Отклонить шарик на небольшой угол и отпустить. По секундомеру определить время t, за которое маятник совершит n полных колебаний, например 50, 100, 150.

5. Вычислить период полного колебаний маятника:

6.Используя формулу периода колебаний математического маятника, вычислить ускорение свободного падения.

7.Опыт повторить 2 – 3 раза, меняя длину нити ( протягивая нить через пробку) и число колебаний.

8.Определить среднее значение g _ср и найти относительную погрешность 

9.Результат измерений и вычислений записать в таблицу 1.

10.Сравнить результат опыта с табличным значением ускорения свободного падения для данной географической широты.

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов

Длина нити н , м	Диаметр шарика d , м	Длина маят-ника , м	Число полных колеба- ний n	Время полных колеба- ний t , с	Период полного колеба- ния Т, с	Ускоре- ние cвобод- ного падения g, м/с2	Среднее значение ускорения свобод- ного падения g ср, м / с2	Относительная погрешность   

Контрольные вопросы

1. Вместо шарика к нити прикреплена воронка, наполненная песком. Изменится ли ускорение свободного падения, если в процессе колебаний из воронки будет высыпаться песок?

2. Можно ли пользоваться маятниковыми часами в условиях невесомости?

3. В каких положениях действующая на шарик возвращающая сила будет максимальна? равна нулю?

4. Наибольшая скорость у шарика в момент, когда он проходит положение равновесия. Каким по модулю и направлению при этом будет ускорение шарика?

Лабораторная работа № 3

Изучение изотермического процесса в газе

Цель: экспериментально проверить закон Бойля Мариотта путем сравнения параметров газа в двух термодинамических со­стояниях.

Краткое теоретическое обоснование

Чтобы проверить закон Бойля-Мариотта, достаточно измерить объем и давление газа в двух состояниях при постоянной температуре и сравнить произ­ведения p₁V₁ = p₂V₂ (1). Это можно осуществить, используя в качестве иссле­дуемого газа воздух при комнатной температуре.

Оборудование: Прозрачный шланг с краном и кольцами, резиновая спринцовка, измери­тельная лента, штатив лабораторный, стакан с водой, барометр-анероид.

Рис. 1. Схема установки для проведения опыта по изучению изотермического процесса

Порядок выполнения работы

На рис. 1 изображена схема установки для опытов. Конец прозрачного шланга длиной около 50 см с краном и кольцами закрепляют вертикально в лап­ках штатива. Удерживая оба конца шланга на одной высоте, в него спринцовкой заливают воду до тех пор, пока ее уровень не установится в 20 - 25 см от краев шланга. Кран при этом должен быть открытым (вертикальное положение ручки).

Залив воду, свободный конец медленно опускают, пока уровень воды в нем не установится в 3 - 5 см от края. Удерживая шланг в этом положении, закрыва­ют кран, а нижнее кольцо устанавливают на уровне воды в закрепленном колене. Воздух, находящийся в этом колене, и будет в дальнейшем объектом изучения.

В исходном состоянии его объем определяется длиной столба воздуха от крана до поверхности воды ℓ₁ (V₁ = S ∙ℓ₁, где S - площадь поперечного сечения шланга), давление равно атмосферному p₁ = p_атм (определяют по барометру-анероиду). После того, как нижнее кольцо установлено, воздух переводят в со­стояние с другими параметрами, поднимая свободный конец шланга на макси­мально возможную высоту (рис 16). В новом состоянии давление воздуха воз­растет до p₂ = p₁ + ∆р, где ∆р - гидростатическое давление столба воды, возник­шее из-за разницы уровней в

коленах шланга. Объем уменьшится до значения V₂. Удерживая шланг в новом положении, верхним кольцом снова отмечают уровень воды в закрепленном колене, а измерительной лентой определяют высоту сво­бодной поверхности воды в поднятом Н₁. Выполнив эти действия, свободный конец шланга направляют в стакан, открывают кран и сливают воду. Для опреде­ления объема воздуха, который он занимал в исходном и конечном состояниях, измеряют расстояния ℓ₁ и ℓ₂ от крана до нижнего и верхнего кольца соответст­венно. Дополнительное давление определяют, измерив разность уровней воды в закрепленном и свободном коленах h (h = Н₁ - Н₂ , где Н₂ - высота верхнего кольца относительно крышки стола).

Для сокращения расчетов формулу (1) можно упростить. Учитывая, что V₁ = Sℓ₁ , а V₂ = Sℓ₂ , подставив это в (1), получим: p₁ Sℓ₁ ⁼ p₂ Sℓ₂, после сокраще­ния на S получаем p₁ ℓ₁ = p₂ ℓ₂ (2). Таким образом, в условиях данного экспери­мента на основе закона Бойля-Мариотта должно выполняться равенство (2). Что­бы убедиться в этом, результаты измерений вносят в первую часть таблицы и приступают к расчетам.

Таблица 1- Результаты измерений и вычислений

Измерено						Вычислено
№	pатм мм рт. ст.	ℓ1 мм	ℓ2 мм	Н1 мм	Н2 мм	p1 мм водн. ст.	h мм	∆р мм водн. ст	p2 мм водн. ст.	p1 ℓ1	p2 ℓ2

Вычисления проводят в следующей последовательности.

1. Определяют давление воздуха в исходном состоянии выражают его в мили­- метрах водного столба p₁ = p_атм ( в мм водн. ст.). (С учетом плотности ртути и воды 1 мм рт. ст. = 13,6 мм водн. ст.)

2. Вычисляют высоту столба воды, создавшего дополнительное давление

h = Н₁ - Н₂ (мм).

3. Определяют величину дополнительного давления ∆р = h (мм водн. ст.)

4. Определяют давление воздуха во втором состоянии р₂ = p₁ + ∆р (мм водн. ст.)

5. Рассчитывают для первого состояния p₁ ℓ₁

6. Рассчитывают для второго состояния p₂ ℓ₂

7

^p_{1 ∙} ^₁

. Определяют степень расхождения результатов ^│p₁^ ₁ ^{- p} ₂^₂^│_{∙ 100%}

8. Чтобы избежать случайных ошибок, опыт повторяют 2 — 3 раза.

Контрольные вопросы.

1. Как связана внесистемная единица измерения давления - мм водн. столба с единицей давления в Международной системе единиц - паскалем?

2 Как влияет высота уровня воды в незакрепленном колене на результат опыта?

Лабораторная работа № 4

Наблюдение броуновского движения

Цель: пронаблюдать движение броуновских частиц в жидкостях различных

температур

Краткое теоретическое обоснование

Броуновское движение – непрерывное перемещение частиц, находящихся в жидкости или газе во взвешенном состоянии. Такое движение создается в результате беспорядочных, не скомпенсированных толчков со стороны окружающих частицу молекул среды. Интенсивность броуновского движения зависит от температуры и массы частицы, свойств среды.

Броуновское движение наблюдается в более сложных формах в технике. Это тепловые шумы в радиосхемах, вибрации легких деталей в измерительных приборах.

Наблюдать броуновского движение можно с помощью школьного микроскопа.

Оборудование: 1)школьный микроскоп; 2) окуляр 15. Объектив 40. Акварельные краски (тушь), молоко, кисточки. Предметные и покровные стекла (5-6 шт). Два сосуда с водой разной температуры.

Порядок выполнения работы.

1. На предметное стекло нанести кисточкой 1-2 капли воды.

2. Коснуться несколько раз той же кисточкой поверхности краски (туши) и снова ввести кисточку в приготовленные капли.

3. Каплю окрашенной жидкости кисточкой перенести на другое предметное стекло и закрыть покровным стеклом.

4. Приготовленный препарат положить на предметный столик микроскопа. Зеркало микроскопа направить на источник, чтобы получить хорошее освещение препарата.

5. Опустить объектив кремальерным винтом на расстояние 0,5 мм от покровного стекла.

6. Наблюдая в микроскоп, сфокусировать изображение микрометрическим винтом.

7. Сосредоточить внимание на какой-нибудь одной из наиболее легких броуновских частиц и, пронаблюдав за ее положением, сделать вывод о характере движения частицы.

8. Опыт повторить с водой более высокой температуры и с раствором молока. Сделать вывод.

9. Выполнить схематический чертеж наблюдаемого явления.

Контрольные вопросы.

1. Что называют броуновским движением? Как объяснить это явление?

2. Почему, чем больше размеры частиц, тем менее заметно их броуновское движение?

3. Можно ли наблюдать броуновское движение в условиях невесомости?

Лабораторная работа № 5