Физика. 10 класс. Тетрадь для лабораторных работ. Парфентьева Н.А.

В тетради приведены описания, схемы выполнения лабораторных работ и контрольные вопросы по темам, изучаемым в 10 классе общеобразовательной школы: механике, молекулярной физике и электричеству. В работах размещены таблицы, в которые следует заносить значения измеряемых величин, результаты вычислений, данные для расчёта приборных и случайных погрешностей. В некоторых случаях таблицы предлагается сделать самим учащимся на основании уже имеющегося опыта.

Физика. 10 класс. Тетрадь для лабораторных работ. Парфентьева Н.А.

 

Описание учебника

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
Погрешности измерений 4
План выполнения лабораторной работы 7
Лабораторная работа № 1
Изучение движения тела по окружности —
Лабораторная работа № 2
Изучение закона сохранения механической энергии 13
Лабораторная работа № 3
Экспериментальная проверка закона Гей-Люссака 17
Лабораторная работа № 4
Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока 22
Лабораторная работа № 5
Последовательное и параллельное соединения проводников . . 26
Лабораторная работа Д1
Измерение жесткости пружины 32
Лабораторная работа Д2
Измерение коэффициента трения скольжения 37
Лабораторная работа ДЗ
Изучение движения тела, брошенного горизонтально 41
Лабораторная работа Д4
Изучение равновесия тела под действием нескольких сил … 44
Физика — фундаментальная наука, изучающая строение и свойства окружающего нас материального мира.
В основе современных физических исследований лежит эксперимент; он позволяет проверить уже существующие законы и установить новые закономерности.
Умение ставить и проводить опыты, анализировать результаты измерений, устанавливать или проверять зависимости одних физических величин от других необходимо в процессе изучения физики. Развить эти умения и навыки вы сможете в процессе выполнения лабораторных работ. Вы также научитесь грамотно обращаться с приборами, понимать, для каких целей они служат, оценивать их пределы измерения.
Данная тетрадь поможет вам еще раз вспомнить изучаемый в работе физический закон, правильно оформить результаты измерений, сделать необходимые выводы. Предлагаемые в конце работы контрольные вопросы дадут возможность более глубоко понять то явление, которое вы экспериментально изучали. Для ответа на контрольные вопросы требуется знание теории по данной теме; если ответы на вопросы вызовут у вас затруднения, прочитайте еще раз соответствующий материал в учебнике.
В конце тетради даны описания дополнительных лабораторных работ Д1—Д4, которые вы можете выполнить в классе или дома.
ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерение — это определение значения физической величины с помощью приборов и измерительных инструментов.
1. Измерения могут быть прямыми и косвенными.
Прямым измерением непосредственно определяют искомую величину.
Например, линейкой измеряют длину, секундомером — время, амперметром — силу тока и т. Косвенным называется измерение, при котором значение величины находят на основании формулы, при этом в формулу входят величины, определяемые прямым измерением.
Например, скорость равномерного движения можно найти по формуле и = s/t, а сопротивление резистора — по формуле R = U/I. При этом предварительно нужно выполнить прямые измерения, в первом случае длины пути, который прошло тело, и времени, за которое этот путь пройден; во втором случае — напряжения и силы тока.
2. Всякое измерение неизбежно производится с погрешностью. Мы можем только приблизиться к истинному значению измеряемой величины, совершенствуя методику измерения и приборы или многократно повторяя опыты.
3. Различают абсолютную и относительную погрешности.
Обозначим измеряемую физическую величину А, измеренное значение этой величины Аизм.
АА — абсолютная погрешность измерения. Зная абсолютную погрешность, можно определить интервал значений, в пределах которого с определенной степенью точности находится истинное значение измеряемой величины:
Относительная погрешность равна умноженному на 100% отношению абсолютной погрешности к измеренному значению величины:
4. Максимальная абсолютная погрешность измерения физической величины равна сумме абсолютных погрешностей средства измерения (приборная погрешность) и процесса отсчета:
Приборная погрешность определяется конструкцией прибора. Каждый прибор имеет класс точности у, зная который можно определить абсолютную приборную погрешность по формуле
где Атах — максимальное значение величины, которое может быть измерено данным прибором.
Класс точности прибора указывается на шкале прибора и/или в его паспорте.
Используемые обычно приборы имеют следующие классы точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.
6. Погрешности делятся на систематические и случайные.
К систематическим относятся приборная погрешность, а также погрешность, связанная с избранным методом измерения, в котором заложена неточность.
К случайным относятся непредсказуемые погрешности, связанные, например, с неисправностью прибора, с изменением внешних условий, с неточностью отсчета.
Систематические погрешности при выполнении конкретного эксперимента уменьшить нельзя, однако случайные погрешности можно уменьшить, проводя большое число опытов или используя разные приборы и методы измерений.
Из этой формулы очевидно, что чем больше число измерений, тем меньше погрешность среднего арифметического.
В школьных лабораторных работах обычно абсолютная погрешность считается равной приборной погрешности ДАпр.
Формулы для вычисления относительной погрешности косвенных измерений величины А (В, С и D — величины, входящие в формулу)
ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Изучите теорию, попытайтесь самостоятельно вывести рабочую формулу, по которой будете рассчитывать искомые величины.
2. Ознакомьтесь с оборудованием, предлагаемым для выполнения лабораторной работы. Там, где это требуется, соберите установку для проведения эксперимента.
3. Выполните измерения, каждый раз записывая результаты в таблицу измерений.
4. Сделайте расчеты, заполнив таблицу вычислений.
5. Рассчитайте погрешности согласно таблице ошибок.
6. Запишите окончательный результат с учетом погрешностей и сделайте вывод.
7. Ответьте на контрольные вопросы.
Лабораторная работа №
Изучение движения тела по окружности
1. Теоретическая часть
Движение тела по криволинейной траектории в общем случае происходит под действием сил, равнодействующая которых направлена под углом к скорости движения (рис. 2). Со- Рис. 2
Цель работы: определить разными способами центростремительное ускорение тела, равномерно движущегося по окружности.
2. Оборудование
Штатив с муфтой и лапкой или кольцом, нить, шарик на нити, измерительная лента или линейка, весы, кусочек пробки с отверстием, динамометр, бумага, циркуль, секундомер.
3. Порядок выполнения работы
Результаты измерений записывайте в таблицу 1.1.
1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.
2. Проденьте нить сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива. Если на штативе кольцо, то привяжите нить к кольцу.
3. Нарисуйте на листе бумаги окружность радиусом около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.
4. Штатив поставьте так, чтобы точка подвеса и шарик с нитью располагались над центром окружности.
5. Взяв нить у точки подвеса, вращайте шарик на нити так, чтобы он описывал окружность такого же радиуса, как на бумаге.
6. С помощью секундомера отсчитайте время, за которое шарик совершит целое число оборотов, например 30, 40, 50. Произведите три измерения.
7. Определите высоту конического маятника, т. е. высоту h (см. рис. 4). Для этого оттяните шарик, отклонив нить на угол, при котором шарик будет находиться над одной из точек окружности, поднимите лист бумаги так, чтобы он коснулся шарика, и измерьте расстояние по вертикали от бумаги до точки подвеса. Запишите значение h.
8. С помощью горизонтально расположенного динамометра оттяните шарик от вертикали на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте силу
Лабораторная работа № 2
Изучение закона сохранения механической энергии
Цель работы: научиться экспериментально определять значения потенциальной энергии поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины. Убедиться в том, что если в системе действуют только консервативные силы, то полная энергия системы остается постоянной.
1. Теоретическая часть
Изучаемая система в данном эксперименте состоит из груза, привязанного к нити, другой конец которой прикреплен к пружине динамометра (рис. 7). Когда тело висит на нити, то нить и, соответственно, пружина растянуты (рис. 7, а). Растяжением нити по сравнению с растяжением пружины можно пренебречь. Если поднять груз в положение 1, то деформации пружины не будет (рис. 7, б). Стрелка динамометра находится у нуля, и следовательно, нулю ^ равна потенциальная энергия деформированной пружины. Если груз отпустить, то он будет падать, растягивая пружину. Рис. 7
Рассмотрим процесс превращения энергии при вертикальном движении шарика на пружине. В начале движения, когда шарик отпущен, его потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию, затем, когда пружина начинает деформироваться, система обладает и кинетической энергией, и потенциальной энергией, определяемой силой тяжести, и потенциальной энергией деформированной пружины. При этом кинетическая энергия увеличивается до того момента, когда тело проходит положение равновесия, в котором кинетическая энергия груза максимальна. Затем кинетическая энергия и потенциальная энергия, обусловленная силой тяжести, убывают, а потенциальная энергия деформированной дружины увеличивается до своего максимального значения. В положении 2 система обладает только потенциальной энергией деформированной пружины. В следующий момент времени кинетическая энергия и потенциальная энергия взаимодействия тела с Землей начинают увеличиваться, а энергия пружины уменьшается. Этот процесс превращения одной механической энергии в другую мог бы длиться сколь угодно долго, если бы отсутствовала сила сопротивления воздуха и пружина была бы абсолютно упругой.
Проведение опыта затруднено тем, что тело движется достаточно быстро, поэтому правильно измерить удлинение пружины сложно.

Физика. 10 класс. Тетрадь для лабораторных работ.