Лаборатория L-микро

Физика в ученическом эксперименте

Руководство по выполнению лабораторных работ

НАЗНАЧЕНИЕ КОМПЛЕКТА

Комплект "Электричество" предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ в условиях типового кабинета физики средних общеобразовательных учебных заведений.

Состав комплекта обеспечивает проведение фронтальных экспериментов по электродинами­ке, описанных в наиболее распространенных учебниках физики: "Физика-8" (авторы Перышкин А.В., Родина); "Физика-10" (авторы Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.); "Физика-10" (авторы Шахмаев Н.М. и др.); "Физика-11" (авторы Мякишев Г.Я.. Буховцев Б.Б.).

Полный перечень лабораторных работ, проводимых с использованием комплекта, представ­лен в оглавлении настоящего руководства.

Кроме того, комплект может использоваться учениками для выполнения других наблюдений и опытов, а также при решении экспериментальных задач.

СОСТАВ КОМПЛЕКТА

Комплект содержит основные элементы электрических цепей, необходимые для сборки экс­периментальных установок при изучении электрических и магнитных явлений.

При монтаже электрической цепи ее элементы размещаются на специальном планшете (12), представляющем собой металлический лист размером 310x200 мм толщиной 0,5 мм. На планшете нанесено защитное покрытие, предохраняющее от замыкания при случайном касании соедини­тельных проводов его поверхности.

Элементы, используемые при сборке большинства схем, закреплены на магнитных подстав­ках. Магниты запрессованы в основания подставок. На верхней поверхности каждой подставки установлены гнезда для подключения соединительных проводов и нанесено условное графиче­ское обозначение закрепленного на ней элемента электрической цепи.

В комплект входят:

1. ключ-выключатель;

2. прямоугольная кювета из прозрачного полистирола и съемные электроды из меди (2 шт.) и оцинкованного железа (1 шт.);

3. низковольтная лампа накаливания 3.5 В 0.25 А;

4. проволочные резисторы номиналом 12 Ом и 6 Ом (4). Проволочный резистор величиной 12 Ом изготовлен из нихромовой проволоки диаметром 0,25 мм. На его подставке рядом с услов­ ным обозначением постоянного резистора стоит знак "R|". Проволочный резистор величиной

6 Ом изготовлен из нихромовой проволоки диаметром 0,36 мм. На его подставке рядом с услов­ным обозначением постоянного резистора стоит знак "Кг".

5. переменный проволочный резистор 10 Ом с открытым токосъемным механизмом;

6. электродвигатель постоянного тока с закрепленным на якоре шкивом и съемной муфтой;

7. проволочные катушки с подвесом из монтажного провода (2 шт.);

8. постоянные полосовые магниты (2 шт.);

9. пружинные зажимы (2 шт.). Пружинные зажимы используют для подключения соединитель­ ных проводов к лепесткам электродов (2) и гальванических элементов.

10. компас;

11. соединительные провода длиной 16 см (2шт.), 24 см (3 шт.) и 43 см (2 шт.).

РАБОТА С КОМПЛЕКТОМ

Для проведения лабораторных работ совместно с комплектом используется источник элек­тропитания с выходным постоянным напряжением 4,5 В, лабораторный амперметр и лаборатор­ный вольтметр.

Металлический планшет используют в тех работах, где электрические цепи собирают из де­талей на подставках с магнитными держателями. Поверхность планшета необходимо оберегать от царапин в целях сохранения защитного покрытия. В опытах по исследованию действия магнитно­го поля на стрелку компаса планшет и детали с магнитными держателями должны располагаться возможно дальше от компаса.

Если в кабинете физики нет подводки электроэнергии к столам учеников, то проводить ра­боты с комплектом возможно, используя в качестве источников электропитания сухие гальвани­ческие элементы. Наиболее удобны батарейки с прямоугольным корпусом и выводами в виде пло­ских пластин. Напряжение на выводах батареи должно быть в пределах 4 - 4,5 В.

При ухудшении контакта штекеров соединительных поводов в гнездах подставок в прорезь штекера вводят тонкий металлический предмет и с его помощью слегка разводят контактные ле­пестки.

Для замены перегоревшей лампы выворачивают шуруп, которым держатель цоколя лампы прикреплен к подставке. Держатель вместе с лампой отделяют от подставки, удаляют негодную лампу и ввинчивают новую. Затем держатель с лампой устанавливают на прежнее место и при­крепляют к панели шурупом.

СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В ЕЕ РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ

Цель работы:

Оборудование:

1. Овладеть приемами сборки электрической цепи, составленной из последова­ тельно соединенных элементов.

2. Убедиться в том, что сила тока в любом участке последовательной цепи одинакова.

• источник электропитания • амперметр • лампа • ключ

• соединительные провода • металлический планшет

Ход работы

1. Рассмотрите источник электропитания и определите поляр­ ность его выходных гнезд.

2. Рассмотрите панель с выключателем и определите: -гнезда для подключения проводов;

-какому положению подвижной пластины ключа соответствует его условное обозначение на схемах.

3. Рассмотрите панель с лампой и укажите на ней гнезда для подключения проводов.

Рис 1

4. Рассмотрите соединительный провод и определите: -для чего задняя часть штекера имеет отверстие;

-для чего металлический стержень штекера имеет прорезь.

5. Рассмотрите амперметр и определите:

• какая из клемм прибора соединяется с положительным полюсом источника электропитания;

• какую максимальную силу тока можно им измерить;

• какова цена деления его шкалы.

6. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 1.

7. Соберите эту электрическую цепь.

Начинают сборку с того, что все детали электрической цепи располагают на металлическом планшете в том порядке, как это показано на рисунке 1. Затем соединяют проводом положитель­ный полюс источника электропитания с гнездом амперметра, помеченным знаком "+". Потом ам­перметр соединяют с лампочкой. Далее лампочку с ключом и, наконец, ключ соединяют с отрица­тельным полюсом источника.

Укажите, в чем отличие этой схемы от предыдущей.

8. Проверьте, насколько собранная цепь соответствует ее условной схеме, нарисованной в тетра­ ди.

8. Проверьте, разомкнут ли контакт ключа.

8. Подключите вилку источника электропитания к розетке электросети кабинета, закрепленной на рабочем столе.

9. Замкните ключ. По отклонению стрелки амперметра и свечению лампочки убедитесь в том, что собранная цепь работает.

10. По показанию амперметра определите величину силы то­ка в цепи. Измеренное значение силы тока запишите в тетрадь рядом с нарисованной схемой.

11. Разомкните ключ и разберите электрическую цепь. Для этого вначале отключите вилку источника питания от ро­зетки, затем отсоедините провода от гнезд источника электропитания и только после этого завершите разборку остальной части цепи.

8. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 2.

Рис 2

15. Соберите эту электрическую цепь. Сборку по-прежнему начинают от положительного полюса источника питания.

16. Выполните действия, указанные в пунктах с 8 по 13.

17. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 3. Укажите, в чем отличие этой схемы от предыдущей.

18. Соберите эту электрическую цепь и еще раз выполните действия, указанные в пунктах с 8 по 13.

19. Сравните значения силы тока, полученные в трех опытах, и сделайте вывод о величине силы тока в различных участках последовательной цепи.

Рис.3.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Цель работы:

измерить напряжение на контактах двух проволочных сопротивлений, соединенных последовательно, и сравнить его с суммой напряжений на контактах каждого из этих сопротивлений.

Оборудование:

• источник электропитания • вольтметр • проволочный резистор r₁

• проволочный резистор R₂• ключ • соединительные провода • металлический планшет.

Ход работы

1. Рассмотрите вольтметр и определите:

- клемму, которой прибор соединяется с положительным полюсом источника электропитания;

- максимальную величину напряжения, которую можно измерить данным вольтметром;

- цену деления его шкалы.

2. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изобра­женной на рисунке 1.

Рис.1.

2. Соберите эту электрическую цепь. Вначале на металличе­ском планшете располагают детали электрической цепи, как это показано на рисунке 1. После этого соединяют друг с другом те элементы цепи, которые нужно подключить по­следовательно, начиная от положительного полюса источ­ника. Затем параллельно сопротивлению ri подключают вольтметр так, чтобы его клемма, помеченная знаком "+",через другие элементы цепи оказалась подключенной к по­ложительному полюсу источника питания.

3. Проверьте правильность сборки цепи. Подключите вольт­метр, как это показано на рисунке 2.

Рис 2

2. Включите источник электропитания в сеть.

3. Замкните ключ и по отклонению стрелки вольтметра убедитесь, что цепь работает.

4. С помощью вольтметра измерьте напряжение Ui на клеммах сопротивления r₁ . Величину напряжения запишите в тетради рядом со схемой.

8 .Разомкните ключ.

Рис.3.

9.Подключите вольтметр, как это показано на рисунке 3 и зарисуйте в тетради схему.

10.По показанию вольтметра измерьте напряжение U₂ на концах сопротивления R₂. Величину напряжения запишите в тетради рядом со схемой.

11.Подключите вольтметр, как это показано на рисунке 4 и зарисуйте в тетради схему.

12.Измерьте напряжение Из на концах участка цепи, состоящего из двух соединенных последова­тельно сопротивлений r ₁ и R ₂.

13.Разберите электрическую цепь.

14.Вычислите сумму напряжений Ui и U₂.

15.Сравните сумму напряжений Ui + U₂ с величиной напряжения Uз и убедитесь в справедливо­сти утверждения о том, что напряжение на участке цепи, состоящем из последовательно со­единенных элементов, равно сумме напряжений на каждом из этих элементов

Рис.4.

Регулирование силы тока переменным резистором I

Цель работы: Оборудование:

научиться изменять силу тока в цепи с помощью переменного резистора.

• источник электропитания • переменный резистор • лампа • проволочный ре­зистор r₁ • ключ • соединительные провода • металлический планшет.

Ход работы

Рассмотрите устройство переменного резистора. Определите:

- при каком положении ползунка сопротивление между выводами

1 и 2 наименьшее и наибольшее;

- при каком положении ползунка сопротивление между выводами

2 и 3 наименьшее и наибольшее;

Рис1

• между какими выводами сопротивление остается постоянным при любом положении ползунка;

• какое гнездо на панели соединено с подвижным контактом пе­ ременного резистора;

- к каким гнездам панели нужно подключить провода, чтобы с помощью переменного рези­стора можно было изменять силу тока в цепи.

2. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, показанную на рисунке 1.

3. Переведите ползунок переменного резистора в одно из крайних положений.

4. Соберите электрическую цепь. Переменный резистор включите так, чтобы, меняя положение ползунка, можно было регулировать силу тока в цепи.

5. Включите источник питания, замкните ключ и по показанию амперметра определите величину тока в цепи. Измеренное значение силы тока запишите в тетрадь.

6. Повторите измерение силы тока в цепи еще четыре раза. Для этого переведите ползунок пере­ менного резистора сначала в среднее положение, затем на максимальное удаление от исходно­ го положения, затем опять в среднее и, наконец, верните в исходное.

7. Сделайте вывод о том, в каких пределах можно было регулировать силу тока в собранной цепи с помощью данного переменного резистора.

8. Отключите источник питания от сети и замените лампу на проволочный резистор.

9. Повторите действия указанные в пунктах с 5 по 7.

10. Сделайте вывод о том, каким образом с помощью переменного сопротивления удается изме­ нять силу тока в электрической цепи.

НАБЛЮДЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Цель работы:

1. исследование зависимости электропроводности раствора от его концентрации;

2. Наблюдение химических реакций в растворе при прохождении через него элек­трического тока.

Оборудование:

• источник электропитания • амперметр • лампа • кювета с медным и цинковым электродами • ключ • стакан с кипяченой водой • поваренная соль • стеклянная палочка.

Ход работы

1. Соберите экспериментальную установку, изображенную на рисунке 1. Для подключения со­ единительных проводов к электродам кюветы на их штекеры надевают пружинные зажимы. Зажимы крепятся к отогнутым лепесткам электродов. Цинковый электрод подключают к от­ рицательному полюсу источника.

2. Налейте в кювету воду, замкните ключ и определите, какую ве­личину тока показывает амперметр.

3. Постепенно добавляйте в кювету соль, помешивайте раствор палочкой и наблюдайте за изменением показаний амперметра.

4. После того, как раствор станет насыщенным и соль перестанет растворяться, наблюдения можно прекратить. Разомкните ключ. —

5. Сделайте вывод о том, как зависит электропроводность раствора от его концентрации.

6. Обратите внимание на то, что при разомкнутом ключе никаких внешних проявлений протекания химических реакций в кювете не наблюдается.

7. Замкните ключ и обратите внимание на образование пузырьков водорода вблизи поверхности цинкового электрода. Водород об­разуется в кювете в результате химических реакций, происходя­щих в растворе при прохождении через него электрического тока.

8. Разомкните ключ и поменяйте местами подключение соединительных проводов к электродам. При этом медный электрод окажется подключенным к отрицательному полюсу источника пи­ тания, а направление тока в растворе изменится на противоположное.

9. Замкните ключ и наблюдайте за выделением газа и изменением цвета раствора.

10. Разомкните ключ и сделайте общий вывод о наблюдаемых внешних проявлениях химических реакций в растворе при прохождении через него электрического тока.

Рис.1.