I. Метод отрыва капель.

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуе­мая жидкость (рис. 1, а). Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли си­ла тяжести ее Р=m_кg равна силе поверхност­ного натяжения, граница свободной поверхно­сти — окружность шейки капли (АВ на рис. 1, б). Следовательно, Р=m_кg; l=πd_ш._к; σ =m_кg/(πd_ш.к.). Опыт показывает, что d_ш._к.= 0,9d_б, где d_б — диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование. 1. Бюретка с краном. 2. Ве­сы учебные с разновесом. 3. Сосуд с водой. 4. Сосуд для сбора капель. 5. Микрометр. 6. Набор игл.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать установку по рис. 10, а и напол­нить бюретку водой.

2. Рис. 1

   Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствующей толщины, за­метить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром повто­рить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться, взять их среднее значение.

3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

№ Опыта	Масса			Число капель,n	Диаметр канала бюретки d ,м.	Поверхностное натяжение σ ,Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σ ,Н/м.	Табличное значение поверхностного натяжения σ ,Н/м	Относительная погрешность δ ,%
	Пустого сосуда,m кг.	Сосуда с каплями m,кг.	Капель, m кг.

4. Подставить под бюретку сосуд, в котором была вода, и, плав­но открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1—2 с).

5. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взве­шенный сосуд и отсчитать 100 капель.

6. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

8. Вычислить поверхностное натяжение по формуле σ=mg/nπ*0,9d_б

9. Опыт повторить 1—2 раза с другим количеством капель.

10. Найти среднее значение σ_ср; сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом темпе­ратуры.

11. Определить относительную погрешность методом оценки ре­зультатов измерений.

Методические рекомендации.

1. Для опыта рекомендуется использовать дистиллированную или прокипяченную воду.

2. В качестве сосуда с водой удобно взять мензурку, имеющую отлив.

3. Чтобы вода в сосуде не разбрызгивалась, конец трубки расположите близко от сосуда.

4. При повторном измерении взять 150—170 капель в зависимо­сти от диаметра бюретки.

5. Для проведения опыта можно использовать воронку (или трубку) с пипеткой; стеклянный резервуар пипетки соединить с во­ронкой (трубкой) резиновой трубкой с зажимом.

Контрольные вопросы.

Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидко­сти?

Почему и как зависит поверхностное натяжение от темпера­туры?

В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количе­ство капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой — с при­бавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяже­ния, если опыт проводить в другом месте Земли? Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше? Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться мед­ленного падения капель?

Лабораторная работа № 5_________________________________ Зачтено__________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Теория. С изменением температуры тела его размеры изменяют­ся. Тепловое расширение твердых тел, у которых имеется преиму­щество в одном изменении, характеризуется линейным расширением Δl; Δl=αlΔl, где а-—коэффициент линейного расширения, завися­щий от материала и температуры. Однако если рассматривать небольшие интервалы температур, то можно считать коэффициент ли­нейного расширения для данного, материала величиной постоянной. Коэффициент линейного расширения показывает, на какую долю своей первоначальной длины при 0° С изменяется длина тела при нагревании на 1 К или 1°С: α=Δl/l₀Δt гдеΔl — приращение длины.

Коэффициент линейного расширения твердого тела можно оп­ределить опытным путем. Прибор, предназначенный для эксперимен­та позволяет производить опыт с индикатором или мик­рометром.

О борудование. 1. Прибор для определения коэффициента линей­ного расширения металлов. 2. Индикатор или микрометр с трещот­кой. 3. Парообразователь с резиновым шлангом. 4. Электроплитка или спиртовка. 5. Термометр 6. Измери­тельная линейка.

Порядок выполнения работы.

1.Прибор с индикатором. 1. Установить прибор на подставке 1 так, чтобы стойка 4 находилась с правой сто­роны.

2. Испытуемый стержень 8 пропустить длинным концом через отверстие в стойках 2 и 4 так, чтобы планка 9 расположилась вер­тикально и не доходила до стойки 4 на 3—5 мм.

3. Закрепить трубку винтом 3 в левой стойке.

4. Измерить температуру окружающего воздуха.

5. Измерить начальную длину /₄ трубки при комнатной тем­пературе, считая длиной расстояние от центра винта 3 до левой сто­роны стойки 4. Принять эту длину за /₀.

6. Индикатор 6 вставить в отверстие патрубка 5 и закрепить винтом 7 так, чтобы обеспечить натяжение механизма индикатора через его стержень, который должен упираться в левую сторону пла­стинки (рис. 12). Натяжение определяется поворотом стрелки инди­катора относительно шкалы на 1—2 оборота.

7. Поворотом наружного кольца-ободка индикатора установить конец стрелки против деления «нуль» на шкале.

8. Надеть на левый конец испытуемого стержня резиновую труб­ку от парообразователя (колба с водой)

9. Поднести нагреватель под парообразователь.

10. После того как из свободного конца трубки станет сильной струей выходить пар, отсчитать по красной шкале индикатора абсо­лютное удлинение трубки Д/. Цена деления шкалы 0,01 мм.

1 1. Принять температуру трубки равной 100° С.

12. Вычислить коэффициент линейного расширения.

13. Сравнить полученный результат с табличным значением коэффициента линейного расширения и сделать вывод.

14. Результаты измерений, вычислений записать в табл.

15. Относительную погрешность измерения найти любым из из­вестных способов.

К онтрольные вопросы. 1. 06ъясните причину теплового расши­рения тел. 2. Каков физический смысл коэффициента линейного расшире­ния?

3. Приведите примеры учета теплового расширения тел в технике.

4. Почему рулетки изготовля­ют из особого сплава «инвар»?

Материал стержня	Начальная длина стержня l0	Температура стержня		Разность температур Δt 0C	Удлинение стержня Δl,м	Коэффициент линейного расширения α, град-1.	Относительная погрешность δ%.
		начальная t1, 0C	конечная t2, 0C
Сталь
Латунь

5. Как будет изменяться площадь круглого отверстия в листе железа при нагревании?

Лабораторная работа №6_____________________________________Зачтено______________________________

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Оборудование: 1) набор конденсаторов (0,5; 1; 2; 4; 6 мкФ); 2) кон­денсатор неизвестной емкости; 3) ампервольтомметр АВО-63 или микроампер­метр на 100 мкА, М-24; 4) источник электропитания для практикума ИЭПП-1; 5) переключатель однополюсный; 6) комплект проводов соединительных.

Содержание и метод выполнения работы

Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать его через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз бу­дет отбрасываться по шкале на одно и то же число делений. При конденсаторах другой емкости отброс стрелки гальвано­метра будет иным.

Имея конденсаторы известной емкости (эталоны), можно на опыте убедиться, что емкость конденсатора С прямо пропор­циональна числу делений п, на которое отбрасывается стрелка гальванометра:

Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности:

выражающий собой электроемкость, соответствующую одному делению. Зная коэффициент, можно по отбросу стрелки галь­ванометра определить емкость любого другого конденсатора, повторив с ним описанный опыт.

Порядок выполнения работы:1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений вычислений:

№ опыта	Емкость конденсатора С, мкФ	Число делений по шкале гальванометра, n	Коэффициент пропорциональности k	Среднее значение коэффициента, kср	Найденная ёмкость конденсатора Cx
1					_
2					_
3	_
4	_

2. Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 1, включив в нее источник постоянного тока, конден­сатор известной емкости, гальванометр и однополюсный переключатель.

4. Зарядите конденсатор. Для этого соедините его на короткое время с источником тока. Затем, сосредоточив внимание на стрелке прибора, быстро переключите конденсатор на гальвано­метр и заметьте по шкале максимальное отклонение (отброс) стрелки, отсчитывая на глаз десятые доли деления. Опыт повто­рите несколько раз, чтобы точнее заметить показание стрелки, и вычислите коэффициент пропорциональности k. Выполните опыт с конденсатором другой емкости и по полученным данным вычислите среднее значение k. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

5. В электрическую цепь включите конденсатор неизвестной емкости С_х и определите, на сколько делений п_х отклоняется стрелка измерительного прибора в этом случае. Зная коэффициент пропорциональности k, вычислите С_х.

Д ополнительное задание. Два конденсатора известной емкости включите в цепь сначала параллельно, а затем последовательно (рис. 2) и опре­делите в том и другом случае их общую емкость описанным выше способом. Вычислите по известным вам формулам общую емкость конденсаторов при параллельном и последовательном соединениях и сравните результаты теми, которые были получены на опыте.

Контрольные вопросы

1. Как надо подбирать предел измерения ампервольтомметра, чтобы не повредить прибор?

2. Каков физический смысл коэффициента пропорциональности k?

Лабораторная работа №__7_______________________ Зачтено________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Теория. Для получения электрического тока в проводнике не­обходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. Раз­ность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделе­ния зарядов. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние (не электрического происхождения) силы.

При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замы­кании электрической цепи запасенная в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внут­ренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R и r. Величина численно равная работе, которую совершают сторон­ние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока ξ: ξ=ІŖ+Ir; (1) в СИ выражается в вольтах (В). Электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока можно определить экспериментально.

Оборудование. 1. Источник электрической энергии. 2. Реостат на 6—10 Ом. 3. Амперметр. 4. Вольтметр. 5. Ключ. 6. Соедини­тельные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.

2. П осле проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и, пользуясь реостатом, установить силу тока, соот­ветствующую нескольким делениям шкалы амперметра. Снять показания вольтметра и амперметра.

3. Опыт повторить 2—3 раза, изменяя со­противление цепи при помощи реостата.

5. Результаты измерений подставить в уравнение (1) и, решая системы уравне

ний: определить ξ, а затем r.

6. Вычислить средние значения найденных величин r_ср, и ξ_СР.

7. Определить относительную погрешность методом среднего арифметического.

8. Результаты измерений и вычислений записать а табл. 1. Таблица 1.

№ опыта	Сила тока в Цепи I,А	Напряжение на внешней части цепи U, В	Внутреннее сопротие r. Ом	ЭДС ξ ,В	Среднее значение внутреннего сопротивления rср,Ом	Среднее Значение ЭДС ξ, В	Относительная погрешность δ1=Δrср/rср*100%	Относительная погрешность δ2=Δξср/ξср*100%

Методические рекомендации.

1 При работе с аккумуляторами необходимо учитывать, что их внутреннее сопротивление очень мало. Поэтому лучше брать бата­рею таких источников тока.

2. Работу удобно выполнять, используя в качестве источника то­ка батарейку карманного фонаря.

Контрольные вопросы.

1. Какова физическая суть электрического сопротивления?

2. Какова роль источника тока в электрической цепи?

3. Каков физический смысл ЭДС? Дать определение Вольту.

4. Соединить на короткое время вольтметр с источником элек­трической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его показание с вычисленным по результатам опыта .

5. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

Лабораторная работа №8____________________________ Зачтено____________________________

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕДИ

Оборудование: 1) прибор для измерения термического коэффициента сопротивления проволоки; 2) стакан высокий; 3) ампервольтомметр АВО-63; 4) термометр лабораторный от 0 до 100 °С; 5) штатив для фронтальных работ; 6) стаканы с горячей (50—60 °С) и холодной водой; 7) стакан со льдом или снегом; 8) комплект проводов соединительных.

где Rо — сопротивление проводника при температуре О °С; R_t0-сопротивление проводника при температуре t °С, t — температура проводника. Применяемый в работе прибор (рис. 1) для определения температурного коэффициента сопротивления меди состоит из катушки 1. Катушка представляет собой картонный каркас 2, на который намотан медный изолированный провод. Концы провода выведены к зажимам 3, установленным на пластмассовой колод­ке 4. В этой же колодке закреплена стеклянная пробирка, в которую вставлен каркас катушки. Сверху в колодке имеется отверстие 5 для термометра, измеряющего температуру обмотки катушки. Помещая пробирку с катушкой в холодную и горячую воду и измеряя ее сопротивление, можно вычислить темпера­турный коэффициент сопротивления меди.

Содержание и метод выполнения работы: Температурный коэффициент сопротивления проводника оп­ределяется отношением

/RoΔt

Порядок выполнения работы: 1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений. Налейте в стакан воды и охладите ее с помощью льда или снега до О °С.

2. Соберите установку по рисунку 2 сначала без термометра. Закрепите прибор в лапке штатива и, отпустив зажим муфты, погрузите пробирку с катушкой в стакан так, чтобы катушка находилась в воде. В этом положении прибор закрепите.

3. Проверьте и подготовьте ампервольтомметр для измерения сопротивлений.

4. Поместите термометр в отверстие колодки и следите за его показаниями. Когда температура катушки понизится до О °С, измерьте ее сопротивление R₀ с помощью ампервольтом­метра.

5. Выньте термометр и закрепите прибор на штативе так, чтобы катушка вышла из воды.

6. Холодную воду замените горячей и вновь погрузите про­бирку с катушкой в стакан. Поместите в пробирку термометр и наблюдайте за изменением температуры; когда она установится, измерьте сопротивление катушки R_t. Опыт повторите еще два раза при других температурах (можно делать различную смесь горя­ чей и холодной воды).

8. Используя результаты первого опыта (О °С и Ro) и трех последующих (t, Rt), вычислите для каждого опыта значение температурного коэффициента сопротивления меди по формуле и найдите его среднее значение.

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

№ опыта	t оС	R, Ом	α, град-1	αср. град -1
I
2
3
4