КОС - Михайловский техникум им. А. Мерзлова

Организация-разработчик:
Областное
государственное
бюджетное
образовательное учреждение среднего профессионального образования.
«Михайловский техникум»
Разработчик:
Иванова А.В., преподаватель ОГБОУ СПО «Михайловский техникум».
2
Содержание.
стр.
4
1. Паспорт комплекта оценочных средств
2. Результаты освоения дисциплины, подлежащие проверке:
2.1. результаты подлежащие проверке и вид аттестации
2.2. распределение типов заданий по элементам знаний и умений
2.3. типовые задания для оценки освоения учебной дисциплины
2.3.1. контрольные работы
2.3.2. лабораторные работы
2.3.3. расчётные практические работы
2.3.4. тестовые работы
2.4. критерии оценки
3. Оценка освоения курса дисциплины
3.1. задания для оценки
3.2. критерии оценки
3
5
8
14
30
54
62
64
68
1. Паспорт комплекта оценочных средств
1. 1. Область применения комплекта оценочных средств дисциплины.
Контрольно-оценочные средства (КОС) предназначены для контроля и оценки
образовательных достижений обучающихся, освоивших программу учебной
дисциплины ФИЗИКА.
КОС включают контрольные материалы для проведения текущего контроля и
промежуточной аттестации:
1 семестр – аттестация в форме дифференцируемого зачёта;
2 семестр – в форме экзамена.
КОС разработаны на основании положений:
1) Федерального государственного образовательного стандарта (далее – ФГОС) по
специальностям среднего профессионального образования (далее СПО).
2) Программы учебной дисциплины ФИЗИКА.
1.2. Результативность.
Результатом освоения профессионального модуля является готовность
обучающегося к выполнению вида профессиональной деятельности: механизация
сельского хозяйства, технология продукции общественного питания и составляющих
его профессиональных компетенций, а также общие компетенции, формирующиеся в
процессе освоения ОПОП в целом.
Формой аттестации по профессиональному модулю является экзамен
(квалификационный). Итогом экзамена является однозначное решение: «вид
профессиональной деятельности освоен / не освоен».
4
2 Результаты освоения дисциплины, подлежащие проверке
2.1 Результаты освоения дисциплины, подлежащие проверке и вид аттестации.
В результате аттестации по учебной дисциплине осуществляется комплексная
проверка следующих умений и знаний, а также динамика формирования общих
компетенций:
Результаты обучения
Основные показатели
Вид аттестации
(освоенные умения, усвоенные
оценки результатов
знания)
У1. описывать и объяснять
 решение задач на
 текущий
физические явления и свойства
вычисление скорости,
контроль:
тел: движение тел и
расстояния, масс тел;
теоретические
искусственных спутников Земли;  вычисление условий
вопросы,
свойства газов, жидкостей и
тестирование,
равновесия тел;
твёрдых тел; электромагнитную
практикум,
 решение практических задач
индукцию, распространение
лабораторная
на основе свойств газов и
электромагнитных волн; волновые
работа,
жидкостей;
свойства света; излучение и
контрольная
 вычисление коэффициента
поглощение света атомом;
работа;
прочности твёрдых тел;
фотоэффект…
 промежуточная
 решение задач на основе
У2. отличать гипотезы от научных
аттестация:
закона электромагнитной
теорий
зачёт, экзамен
индукции;
У3. определять характер
 текущий
 решение задач на расчёт
физического процесса по графику,
контроль:
длин волн;
таблице, формуле
практикум,
 представление
лабораторная
спектрального анализа, его
работа;
практического применения;
 промежуточная
лазерной установки и её
аттестация:
практического применения;
зачёт, экзамен
У4. делать выводы на основе
 сопоставление научных
 текущий
экспериментальных данных
фактов с действительностью;
контроль:
лабораторная
 выдвижение гипотез и
работа;
построение моделей;
 промежуточная
аттестация:
зачёт, экзамен
У5.применять полученные знания  выполнение
 текущий
для решения физических задач;
экспериментальных задач;
контроль:
У6.использовать приобретённые
практикум,
 защита практических и
знания и умения в практической
лабораторная
лабораторных работ;
деятельности и повседневной
работа, доклад,
 выполнение тестирования;
жизни;
сообщение,
 решение контрольных работ;
реферат,
5
 выполнение докладов,
сообщений, рефератов;
У7.приводить примеры,
показывающие, что: наблюдения и
эксперимент являются основой
для выдвижения гипотез и теорий,
позволяют проверить истинность
теоретических выводов;
физическая теория даёт
возможность объяснять известные
явления природы и научные
факты, подсказывать ещё не
известные явления;
У8.приводить примеры
практического использования
физических знаний и законов:
механики в технике,
термодинамики и
электродинамики в энергетике;
электромагнитных излучений в
радио- и телекоммуникациях,
квантовой физики в создании
ядерной энергетики, лазеров
У9. измерять ряд физических
величин, представляя результаты
измерений с учётом их
погрешностей
У10. воспринимать и на основе
полученных знаний
самостоятельно оценивать
информацию, содержащуюся в
сообщениях СМИ, Интернете,
научно-популярных статьях
З1. смысл понятий: материальная
точка, поступательное
движение, вращательное
движение, абсолютно твердое
тело; тепловое движение,
тепловое равновесие, внутренняя
энергия, вещество, атом, атомное
ядро, идеальный газ;
презентация;
 промежуточная
аттестация:
зачёт, экзамен
 текущий
контроль:
теоретические
вопросы,
лабораторная
работа;
 промежуточная
аттестация:
зачёт, экзамен
 планирование проведения
опыта;
 сборка установки по схеме
 проведение наблюдения;
 снятие показаний с
физических приборов;
 составление таблиц
зависимости величин и
построение графиков;
 составление отчёта и
формулировка выводов о
проделанной работе;
 планирование проведения

опыта;
 сборка установки по схеме;
 проведение наблюдения;
 снятие показаний с
физических приборов;
 составление таблиц
зависимости величин и

построение графиков;
 составление отчёта и создание
вывода по проделанной
работе
 оценка обзора информации
по Интернет-ресурсам,
сообщениям СМИ, научнопопулярным статьям;
 подготовка проектов,
презентаций и их защита;
 представление понятий
физических явлений и
свойств веществ;
 отличие гипотез от научных
теорий;
 формулировка физических
законов и объяснение на их
основе различных явлений
6
текущий
контроль:
теоретические
вопросы,
лабораторная
работа,
контрольная
работа;
промежуточная
аттестация:
зачёт, экзамен
 текущий
контроль:
теоретические
вопросы
 текущий
контроль:
теоретические
вопросы,
тестирование;
 промежуточная
аттестация:
зачёт, экзамен
электрическое взаимодействие,
электрический заряд,
элементарный электрический
заряд, электромагнитное поле,
близкодействие, сторонни силы,
электродвижущая сила, магнитная
индукция, магнитный поток,
магнитная проницаемость,
термоэлектронная эмиссия,
собственная и примесная
проводимость, р- н- переход в
полупроводниках,
электромагнитная индукция,
самоиндукция; фотон, атом,
атомное ядро, ионизирующее
излучение; физическое явление,
гипотеза, ионизирующее
излучение, планета, звезда,
галактика, Вселенная








З2. смысл физических величин:
скорость, ускорение, масса, сила,
импульс, механическая работа,
механическая энергия; молярная
масса, количество вещества,
внутренняя энергия, абсолютная
температура, средняя


природы и техники;
определение смысла, способа
и единиц измерения
основных физических
величин;
получение переменного тока
при равномерном вращении
витка в однородном
магнитном поле;
преобразование переменного
тока с помощью
трансформатора;
производство, передача и
потребление электроэнергии;
получение
электромагнитных волн и
применение их в радиосвязи
и телевидении;
объяснение поглощения и
испускания света атомом,
квантовая энергия,
использование лазера;
описание состава атомного
ядра;
представление
радиоактивных излучений и
их воздействий на живые
организмы;
представление строения
планет, Солнца и звёзд,
объяснения эволюции звёзд,
эффект Доплера и теории
«разбегания галактик»;
представление возможных
сценариев эволюции
Вселенной, образования
планетных систем,
Солнечной системы.
определение характеристик  текущий
механического движения:
контроль:
перемещения, скорости,
теоретические
ускорения;
вопросы,
тестирование,
формулировка определений:
практикум,
массы, силы, импульса,
лабораторная
работы;
7
кинетическая энергия частиц
вещества, количество теплоты;
элементарный электрический
заряд, напряжение,
электроемкость, сила тока,
сопротивление, удельное
сопротивление, индуктивность,
сила Лоренца, сила Ампера;
постоянная Планка, Ридберга,
радиус стационарной круговой
орбиты, Боровский радиус;
скорость, ускорение, масса, сила,
импульс, механическая работа,
механическая энергия; молярная
масса, количество вещества,
внутренняя энергия, абсолютная
температура, средняя
кинетическая энергия частиц
вещества, количество теплоты;
элементарный электрический
заряд, напряжение,
электроемкость, сила тока,
сопротивление, удельное
сопротивление, индуктивность,
сила Лоренца, сила Ампера;
постоянная Планка, Ридберга,
радиус стационарной круговой
орбиты, Боровский радиус
З3. смысл физических законов:
классической механики,
всемирного тяготения, сохранения
энергии, импульса;
молекулярно кинетической теории
и термодинамики;
электрического заряда,
электромагнитной индукции,
закона Кулона, электролиза,
отражения и преломления света,
закона Ома для участка и для
полной цепи и правил
последовательного и
параллельного соединения;
фотоэффекта, постулатов Бора;
классической механики,
всемирного тяготения, сохранения
работа,
 представление
контрольная
энергетических
работа;
характеристик:
 промежуточная
механической, внутренней
энергии, количества
аттестация:
теплоты;
зачёт, экзамен
 формулировка понятий:
абсолютная температура,
количество вещества,
молярная масса,
напряжённость, напряжение,
сопротивление,
индуктивность, ёмкость…
 представление величины
элементарного
электрического заряда, сил
Лоренца и Ампера…
 формулировка законов
Ньютона и применение их
для описания механических
процессов;
 представление закона
Всемирного тяготения и
объяснение взаимодействия
физических тел:
 перечисление и
формулировка законов
сохранения: энергии,
импульса, электрического
заряда;
 формулировка 1 и 2 законов
термодинамики и их
применение для объяснения
тепловых процессов;
8
 текущий
контроль:
теоретические
вопросы,
тестирование,
практикум,
лабораторная
работа,
контрольная
работа;
 промежуточная
аттестация:
зачёт, экзамен
энергии, импульса;
молекулярно кинетической теории
и термодинамики;
электрического заряда,
электромагнитной индукции,
закона Кулона, электролиза,
отражения и преломления света,
закона Ома для участка и для
полной цепи и правил
последовательного и
параллельного соединения;
фотоэффекта, постулатов Бора
34. вклад российских и
зарубежных ученых, оказавших
наибольшее влияние на развитие
науки
 формулировка закона
электромагнитной индукции
и применение его в работе
электрических машин;
 формулировка 3-х законов
фотоэффекта и объяснение
квантовой природы света;
 формулировка и применение
законов преломления и
отражения света.
 представление современной  текущий
физической картины мира на
контроль:
основе важных открытий
теоретические
учёных, оказавших
вопросы,
определяющее влияние на
сообщения,
развитие техники и
доклады;
технологии
2.1 Распределение типов заданий по элементам знаний и умений
ПР
-2
ПР
-3
К1
Т1.2
ПР
-4
Решение задач по теме:
«Скорость. Равномерное
прямолинейное движение»,
«Относительность
механического движения»
Решение задач по теме:
«Ускорение. Равнопеременное
движение»
Решение задач по теме:
«Движение с постоянным
ускорением свободного
падения»
Контрольная работа по теме:
«Основы кинематики»
Динамика
Решение задач по теме:
«Законы Ньютона»
ПР Решение задач по теме:
-5 «Гравитационные и
З2
З3
З4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
9
+
+
Баллы
З1
+
У10
+
У9
+
У8
+
Знания
У7
+
У6
У4
+
У5
У3
Кинематика
У2
Т1.1
ПР
-1
У1
Умения
Теория (Т), контрольные (КР),
практические (ПР), лабораторные
(ЛР) работы
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
электромагнитные силы»
Контрольная работа по теме:
«Основы динамики».
Т- Статика
К2
1.3
ПР
-6
Решение задач по теме:
«Равновесие тел»
Т- Законы сохранения
1.4
ПР
-7
ПР
-8
К3
Т1.5
ПР
-9
К4
Т2.1
ПР
-10
Т2.2
ПР
-11
К5
Т2.3
ПР
-12
Решение задач по теме: «Закон
сохранения импульса».
Решение задач по теме: «Закон
сохранения энергии».
Контрольная работа по теме:
«Законы сохранения в
механике».
Механические колебания и
волны
Решение задач по теме:
«Механические колебания и
волны».
Контрольная работа по теме
«Механические колебания и
волны».
Основы МК
Решение задач по теме:
«Основы МКТ».
Взаимные превращения
жидкостей и газов. Твердые
тела.
Решение задач по теме:
«Взаимные превращения
жидкостей и газов. Твердые
тела».
Контрольная работа по теме
«Основы молекулярнокинетической теории».
Основы термодинамики
Решение задач по теме:
«Основы термодинамики».
К- Контрольная работа по теме
6
«Термодинамика».
Т- Электростатика
3.1
ПР
-13
Решение задач по теме: «Закон
Кулона. Напряженность
электрического поля».
ПР Решение задач по теме:
-14 «Потенциал. Работа эл.поля.
Электроемкость. Энергия
эл.поля».
К- Контрольная работа по теме:
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
10
+
+
+
+
7
Т3.2
ПР
-15
ПР
-16
ПР
-17
К8
Т3.3
ПР
-18
«Электростатика».
Законы постоянного тока
Решение задач по теме «закон
Ома для участка цепи.
Соединение проводников»
Решение задач по теме:
«Постоянный электрический
ток».
Решение задач по теме:
«Электрический ток в
различных средах».
Контрольная работа по теме
«Электростатика и законы
постоянного тока».
Магнитное поле
Решение задач по теме: «Расчет
силы Ампера и силы Лоренца».
Т- Электромагнитная индукция
3.4
ПР
-19
ПР
-20
К9
Т3.5
ПР
-21
Решение задач по теме:
«Магнитный поток. Закон
ЭМИ».
Решение задач по теме:
«Энергия магнитного поля
тока».
Контрольная работа по теме:
«Магнитное поле и
электромагнитная индукция».
Электромагнитные колебания
Решение задач по теме
«Свободные и вынужденные
колебания».
ПР Решение задач по теме:
-22 «Трансформатор».
Т- Электромагнитные волны
3.6
ПР
-23
К10
Т4.1
ПР
-24
ПР
-25
К11
Решение задач по теме:
«Электромагнитные колебания
и волны».
Контрольная работа по теме:
«Электромагнитные колебания
и волны».
Геометрическая и волновая
оптика
Решение задач по теме
«Линзы».
Решение задач по теме:
«Световые волны».
Контрольная работа по теме:
«Геометрическая и волновая
оптика».
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
11
+
+
+
+
+
+
Т4.2
Т4.3
Т5.1
ПР
-26
Излучение и спектры
+
+
+
+
+
+
+
+
+
СТО
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Световые кванты
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Решение задач по теме:
«Световые кванты».
Т- Атомная физика
5.2
ПР
-27
Решение задач по теме:
«Атомная физика». Защита
реферата.
Т- Физика атомного ядра
5.3
ПР
-28
Практическая работа:
«Изучение треков заряженных
частиц»
ПР Решение задач по теме «Физика
-29 атомного ядра».
Т- Элементарные частицы
5.4
К12
Контрольная работа по теме:
«Строение атома и квантовая
физика».
Т- Элементы астрофизики
6.1
Т6.2
Строение и эволюция
Вселенной
ПР Практическая работа: Защита
-30 реферата по астрономии.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Лабораторный практикум
ЛР
-1
ЛР
-2
ЛР
-3
ЛР
-4
ЛР
-5
ЛР
-6
«Измерение ускорения тела при
прямолинейном
равноускоренном движении»
«Изучение движения тела,
брошенного горизонтально»
«Определение жёсткости
пружины»; «Определение
коэффициента тренияскольжения»
«Изучение движения тела по
окружности под действием сил
упругости и тяжести»
«Изучение равновесия тел»
«Изучение закона сохранения
механической энергии»
ЛР «Изучение ускорения
-7 свободного падения с помощью
маятника»
ЛР «Изучение зависимости
-8 периода колебаний нитяного
(или пружинного) маятника от
длины нити (или массы груза)»
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
12
+
+
ЛР
-9
ЛР
-10
ЛР
-11
ЛР
-12
ЛР
-13
ЛР
-14
ЛР
-15
ЛР
-16
«Опытная проверка закона ГейЛюссака»
«Проверка уравнения
состояния идеального газа»
«Измерение влажности
воздуха»
«Измерение поверхностного
натяжения жидкости»
«Изучение закона Ома для
участка цепи»
«Измерение ЭДС и
внутреннего сопротивления
источника тока»
«Измерение показателя
преломления стекла»
«Определение оптической силы
и фокусного расстояния
собирающей линзы»
Экзамен
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
13
+
2.3. Типовые задания для оценки освоения учебной дисциплины
2.3.1 Контрольные работы
Вводная контрольная работа
14
Удельная теплота сгорания спирта 29 МДж/кг.
15
Плотность олова 7,3г/см3.
16
Плотность алюминия 2,7∙103 кг/м3.
17
К-1. Контрольная работа по теме: «Основы кинематики»
5
К-2. Контрольная работа по теме: «Основы динамики».
18
4
2
5
6
1
К-3. Контрольная работа по теме: «Законы сохранения в механике».
19
5
3
6
4
К-4. Контрольная работа по теме «Механические колебания и волны».
20
4
К-5. Контрольная работа по теме «Основы молекулярно-кинетической теории».
4
21
2
3
К-6. Контрольная работа по теме «Термодинамика».
3
22
4
2
23
К-7. Контрольная работа по теме: «Электростатика».
4
5
3
24
К-8. Контрольная работа по теме «Электростатика и законы постоянного тока».
1
4
2
5
3
25
К-9. Контрольная работа по теме: «Магнитное поле и электромагнитная индукция».
4
2
5
3
26
К-10. Контрольная работа по теме: «Электромагнитные колебания и волны».
4
2
5
3
27
К-11. Контрольная работа по теме: «Геометрическая и волновая оптика».
5
3
4
28
К-12. Контрольная работа по теме: «Строение атома и квантовая физика».
5
2
6
3
4
29
2.3.2 Лабораторные работы
Лабораторная работа № 1. Измерение ускорения тела при равноускоренном
движении.
Цель работы: 1) доказать, что движение тела - равноускоренное;
2) вычислить ускорение движения.
Оборудование: штатив с муфтой и зажимом,
наклонная плоскость, измерительная лента,
секундомер, металлический шарик, металлический
цилиндр.
Схема установки:
На тело действуют 3 силы. Если геометрическая сумма сил больше
нуля, тело движется с ускорением.

N

Fтр

mg
  

Согласно второму закону Ньютона mg  N  Fтр.  ma
Движение шарика, скатывающегося по желобу, можно считать
равноускоренным. При равноускоренном движении без начальной скорости модуль перемещения S
a t2
модуль ускорения а и время движения t связаны соотношением: S 
Поэтому, измерив S и t,
2
2S
Чтобы повысить точность измерения, ставят
t2
опыт несколько раз, а затем вычисляют средние значения измеряемых величин.
мы можем найти ускорение по формуле: a 
Ход работы:
1. Укрепить желоб с помощью штатива в наклонном положении под небольшим углом, у нижнего
конца положить металлический цилиндр (см. рисунок). Когда шарик, скатившись, ударится о
цилиндр, звук удара поможет точнее определить время движения.
2. Отметьте на желобе начальное положение шарика, а также его конечное положение – верхний
торец металлического цилиндра. Измерьте расстояние между верхней и нижней отметками на
желобе (модуль S перемещения шарика) и результат измерения запишите в таблицу.
3. Отпустите шарик без толчка и определить время его движения от начала плоскости до её
конца.
4. Не меняя наклона желоба (условия опыта должны оставаться неизменными), повторите опыт
5 раз, записывая в таблицу результаты измерений. При проведении каждого опыта пускайте
шарик из одного и того же начального положения, а также следите за тем, чтобы верхний торец
цилиндра находился у соответствующей отметки.
5. Вычислите:
tср 
6. Вычислите: a 
t1  t2  t3  t4  t5
5
2S
t2
7. Вычислите максимальную относительную погрешность:
где ∆ S – абсолютная погрешность измерительной ленты
30
 
S
t
2
S
t
∆ t – электронного секундомера при нормальных условиях:
8. Вычислите абсолютную погрешность:
∆ t= (9,6∙10-6∙tср+0.01);
a    aср .
9. Результаты измерений записать в таблицу.
Таблица
№ опыта
S, м
1
2
3
4
5
t., c
tср., c
t1 =
t2 =
t3 =
t4 =
t5 =
10. Сделайте вывод.
31
a, м/с
2
ε
a , м/с2
Лабораторная работа №2. Изучение движения тела, брошенного горизонтально.
Цель работы: измерить начальную скорость тела, брошенного
горизонтально.
Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, изогнутый желоб,
измерительная лента, металлический шарик, лист бумаги, лист
копировальной бумаги, отвес.
Схема установки:
Описание работы: Шарик скатывается по изогнутому желобу,
нижняя часть которого горизонтальна. После отрыва от желоба шарик движется по параболе,
вершина которой находится в точке отрыва шарика от желоба. Выберем систему координат, как

показано на рисунке. Выведем формулу, связывающую высоту
x
0
шарика h и дальность его полёта l:
l  0  t
l
t
0
g t2 g l2
h

2
2  02
h
Согласно этой формуле, при уменьшении высоты в 4 раза,
дальность полёта уменьшится в 2 раза. Измерив h и l, можно
найти скорость шарика в момент отрыва от желоба по формуле:
0 
y
l
g
l
2h
Ход работы:
1. Соберите установку, изображённую на рисунке. Лапки зажима должны быть расположены
вблизи верхнего конца желоба. Нижний участок желоба должен быть горизонтальным,
расстояние h от нижнего желоба до стола установите 40 см.
2. Положите под желоб лист бумаги, придавив его книгой, чтобы он не сдвигался при проведении
опытов. Отметьте на этом листе с помощью отвеса точку А, находящуюся на одной вертикали с
нижним концом желоба.
3. Поместите в желоб шарик так, чтобы он касался зажима, и отпустите шарик без толчка.
Заметьте (примерно) место на столе, куда падает шарик, скатившись с желоба и пролетев по
воздуху. На это место положите лист бумаги, а на него – лист копировальной бумаги «рабочей»
стороной вниз. Придавите эти листы книгой, чтобы они не сдвигались при проведении опытов.
4. Снова поместите в желоб шарик так, чтобы он касался зажима и отпустите без толчка.
Повторите этот опыт 5 раз, следя за тем, чтобы лист копировальной бумаги и находящийся под
ним лист не сдвигались. Осторожно снимите лист копировальной бумаги, не сдвигая
находящегося под ним листа. Видимых отпечатков может оказаться меньше 5, потому что
некоторые отпечатки могут слиться.
5. Измерьте расстояние l от отмеченной точки А до полученных отпечатков. Вычислите среднее
lср 
l1  l2  l3  l4  l5
5
6. Повторите пункты 1 – 5, опустив желоб так, чтобы расстояние от нижнего края желоба до стола
было равно 10 см (начальная высота). Измерьте соответствующее значение дальности полёта и
вычислите отношения
7.
h1
l1
и
h2
l2
Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.
32
№ опыта
h, м
l,м
lср, м
0 , м с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
8. Сформулируйте вывод: что вы измеряли и какой получен результат.
33
h1
l1
h1
l1
Лабораторная работа № 3.1 Определение жёсткости пружины
Цель работы: Проверить справедливость закона Гука для пружины
динамометра и измерить жёсткость этой пружины.
Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр с заклеенной шкалой,
набор грузов известной массы (по 100 г), линейка с миллиметровыми
делениями.
Описание работы:
Согласно закону Гука F сила упругости и х – удлинение пружины связаны
соотношением F  kx Измерив F и х, можно найти жёсткость пружины k
по формуле:
k
F
x
Ход работы:
1. Закрепите динамометр в штативе на достаточно большой высоте.
2. Подвешивая различное число грузов (от 1 до 4), вычислите для каждого случая
соответствующее значение
F  mg , а также измерьте соответствующее удлинение пружины х.
3. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:
№ опыта
m, кг
mg, H
х, м
1
2
3
4
4. Начертите оси координат х и F, выберите, выберите удобный масштаб и нанесите полученные
экспериментальные точки.
5. Оцените (качественно) справедливость закона Гука для данной пружины: находятся ли
экспериментальные точки вдоль одной прямой, проходящей через начало координат.
6. Используя результат пункта 4 (он обеспечивает наибольшую точность измерения), изобразите
жёсткость пружины на том же графике (в средней части графика так, чтобы равное число точек
оказалось по разные стороны от прямой). Вычислите, с помощью графика, жёсткость пружины
по формуле k 
mg
, она и будет искомым средним значением жёсткости пружины k ср .
x
7. По правилу расчёта относительной погрешности: если определяемая в опыте величина
находится в результате умножения и деления приближённых величин, входящих в расчётную
формулу, то относительные погрешности складываются. В данной работе
k  m  g  x
k 
k
mg
.
x
Поэтому
Вычислите максимальную относительную погрешность по формуле:
m
g
x


m
g
x
где ∆ х – абсолютная погрешность линейки, ∆ х=1 мм, ∆ m=0,002 кг, ∆ g=0,02м/с.
k   k
k
8. Вычислите наибольшую абсолютную погрешность:
9. Результат измерения запишите с учётом абсолютной погрешности в виде выражения
k  kср  k .
34
Лабораторная работа № 3.2 Определение коэффициента трения-скольжения
Цель работы: измерить коэффициент трения скольжения дерева по дереву.
Оборудование: деревянный брусок, деревянная линейка, набор грузов известной массы (по 100 г),
динамометр.
Описание работы:
Если тянуть брусок с грузом по горизонтальной поверхности, чтобы брусок двигался равномерно,
прикладываемая к бруску горизонтальная сила равна по модулю силе трения скольжения
действующей на брусок со стороны поверхности. Модуль силы трения
нормального давления N соотношением
трения по формуле

Fтр
N
Fтр ,
Fтр связан с модулем силы
Fтр  N . Измерив Fтр и N, можно найти коэффициент
. В данном случае сила нормального давления N равна весу P бруска
с грузом.
Ход работы:
1. Определите с помощью динамометра вес груза Рбр, и запишите в таблицу.
2. Положите брусок на горизонтально
расположенную деревянную линейку.
3. На брусок поставьте один груз, и тяните брусок
равномерно, измеряя с помощью динамометра прикладываемую силу. Повторите опыт,
поставив на брусок 2 и 3 груза. Записывайте каждый раз значения силы трения
нормального давления
N  Рбр  Ргр .
Рбр , Н
№ опыта
Fтр и
Ргр , Н
N  Рбр  Ргр
N, H
Fтр , Н
Fтр , Н
1
2
3
4. Начертите оси координат
Fтр и N, выберите удобный масштаб и нанесите полученные три
экспериментальные точки. Пользуясь графиком, определите значение коэффициента трения μср.
5. Рассчитайте максимальную относительную погрешность измерения коэффициента трения μср.
Fтр
так как

p 
P
m
g


P
m
g
N
, то
    F mp   p
 
Fтр
Fтр

P
P
F
F 
динамометр
∆ m=0,002 кг, ∆ g=0,02м/с
F
имеет погрешность  д  0,05H . Она и равна погрешности измерения, если указатель
совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со
штрихом шкалы (или колеблется), то погрешность F  0,1H
   
 cp
6. Вычислите наибольшую абсолютную погрешность:
7. Результат измерения запишите с учётом абсолютной погрешности в виде выражения
   ср   .
35
Лабораторная работа № 4 Изучение движения тела по окружности под действием
сил упругости и тяжести
Цель работы: определить центростремительное ускорение шарика
при его равномерном движении по окружности.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная,
циркуль, динамометр лабораторный, весы с набором гирь, шарик на
нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.
Описание работы: Опыт проводится с коническим маятником.
Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом
нить АВ, к которой прикреплён шарик, описывает поверхность
прямого кругового конуса.
4 2 R
Модуль ускорения можно определить кинематически: aц 
T2
где R – радиус окружности, Т – период обращения шарика.
Для определения ускорения надо измерить радиус окружности и
период обращения шарика по окружности.
Центростремительное ускорение можно определить , используя
законы динамики. На шарик действуют две силы: сила тяжести


mg и сила натяжения нити Fн .
aц , направленное по радиусу к центру окружности.


 
Согласно второму закону Ньютона maц  F , где F  mg  Fн – равнодействующая сила.

 
maц  mg  Fн
Они создают центростремительное ускорение
Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке. Ускорение движения
шарика в проекциях на оси имеет вид:
maц  F
О1Х:
aц 
F
m
0  F  cos   mg
н
О1Y:
Модуль F равнодействующей силы можно определить из подобия треугольников ОАВ и F1BF:
F mg

R
h отсюда
F
mgR
h
aц 
gR
h
Модуль F равнодействующей можно непосредственно измерить динамометром. Для этого
оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R
окружности и определяем показания динамометра. При этом сила упругости пружины

уравновешивает равнодействующую силу F .
Ход работы:
1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.
2. Закрепите нить маятника в лапке штатива (смотри рис).
3. Вычертите на листе бумаги окружность радиусом около 20 см. измерьте радиус с точностью до
1 см.
4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр
окружности.
36
5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал окружность,
совпадающую с начерченной на бумаге.
6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает, к примеру, N=20 оборотов.
7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от
центра шарика до точки подвеса.
8. Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам:
4 2 R
aц1  2
T
aц 
gR
h
9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу
окружности, и измерьте модуль F равнодействующей. Затем вычислите ускорение по
формуле
aц 3 
F
m
10. Результаты измерений занесите в таблицу:
№
опыта
R, м
N
Δt, с
T
t
N
H, м
m, кг
4 2 R
aц1  2
T
1
2
3
11. Сравните полученные три значения ускорения. Сделайте выводы.
37
aц 
gR
h
aц 3 
F
m
Лабораторная работа № 5 Изучение равновесия тел
Цель работы: установить соотношение между моментами сил,
приложенных к плечам рычага при его равновесии.
Оборудование: штатив с муфтой, рычаг, набор грузов,
динамометр, линейка, крючок.
Описание работы: чтобы установить соотношение между
моментами сил, приложенных к плечам рычага при его
равновесии, к одному из плеч рычага подвешивают один или
несколько грузов, а к другому прикрепляют динамометр. С
помощью этого динамометра измеряют модуль силы F, которую
необходимо приложить для того, чтобы рычаг находился в
равновесии. Затем с помощью того же динамометра измеряют
модуль веса грузов Р. Длины плеч рычага измеряют с помощью линейки. После этого определяют
M 2  Pl2
абсолютные значения моментов М1 и М2 сил Р и F: M1  Pl1
Вывод о погрешности экспериментальной проверки правила моментов можно сделать, сравнив с
единицей отношение:
M1
M2
Ход работы:
1. Установите рычаг на штатив и уравновесьте его в горизонтальном положении с помощью
расположенных на его концах передвижных гаек. Рычаг должен располагаться на высоте около
40 см от поверхности стола (это необходимо для того, чтобы динамометр не упирался в стол)
2. Подвесьте в некоторой точке одного из плеч рычага груз (два груза), определите вес Р и
занесите результат в таблицу.
3. Прикрепите к другому плечу рычага динамометр и определите силу, которую необходимо
приложить к рычагу для того, чтобы он находился в равновесии.
4. Измерьте с помощью линейки длины плеч рычага.
5. Найдите абсолютные значения моментов сил Р и F
6. Найденные величины занесите в таблицу:
Против часовой стрелки
№ опыта
Р, Н
l1 , м
По часовой стрелке
M1  Pl1
F, Н
l2 , м
M 2  Pl2
M1
M2
7. Повторите опыт 3 – 4 раза, меняя всякий раз количество грузов, места их подвеса и место
прикрепления динамометра. В конце каждого опыта, когда рычаг будет уравновешен, заносите
данные о силах и их плечах в таблицу.
8. Сравните величины моментов сил, приложенных к рычагу против и по часовой стрелке в
каждом опыте, и сделайте вывод о справедливости утверждения, которое необходимо было
проверить в работе.
9. Оценим погрешности:
l
l 
l
 M1   M1   M 2   p  l   F  l
M2
F
F

F
p 
m
g

m
g
∆ l=1 мм, ∆ m=0,002 кг, ∆ g=0,02м/с. динамометр имеет
погрешность  д  0,05H . Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со
штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (или
колеблется), то погрешность F  0,1H
Сделайте выводы.
38
Лабораторная работа № 6 Изучение закона сохранения
механической энергии
Цель работы: сравнить две величины—уменьшение потенциальной
энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение
потенциальной энергии растянутой пружины.
Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр с фиксатором,
груз, прочная нить, измерительная лента или линейка с
миллиметровыми делениями.
Описание работы: Для работы используется установка, показанная на
рисунке. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр
с фиксатором 1. Пружина динамометра заканчивается проволочным
стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан
отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки
(размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее
насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен
перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же
должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться
перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на
ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.
Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное
удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.
Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то
потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При
падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на
kx2
E1  mgh а энергия пружины при ее деформации увеличивается на E2 
2
Ход работы:
1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.
2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.
3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора
измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.
4. Повторите опыт пять раз.
5. Подсчитайте
E1cp  mghcp и
E2cp 
kxcp
2
2
6. Результаты занесите в таблицу:
№ опыта
xmax , м
xср  hcp
E1cp , Дж
E2 cp , Дж
E1cp
E2cp
1
2
3
4
5
7. Сравните отношение
E1cp
E2cp
c единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был
проверен закон сохранения энергии.
39
Лабораторная работа № 7 Изучение ускорения свободного падения с помощью
маятника
Цель работы: определить ускорение свободного падения с помощью маятника.
Оборудование: штатив с муфтой и кольцом, шарик с отверстием, нить, измерительная лента,
секундомер.
Описание работы:
Если груз, подвешенный на нити, колеблется, а его размеры значительно меньше, чем длина нити,
то период колебаний может быть определен из формулы:
T  2
l
g
где l – длина нити (точнее
расстояние от точки подвеса до центра тяжести груза), g – ускорение свободного падения. Длину
нити измеряют линейкой, а период – по времени t, за которое маятник совершит определенное
количество колебаний N: Т=t/N. Причём угол отклонения нити от вертикали при колебаниях
груза не должен быть слишком велик (до 5-7 градусов), иначе формула для определения ускорения
свободного падения перестаёт быть верной.
Зная период колебаний и длину нити, можно определить величину ускорения свободного падения:
4 2l
g 2 .
T
Ход работы:
1. Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и
подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3—5 см от пола.
2. Отклоните маятник от положения равновесия на 5—8 см и отпустите его.
3. Измерьте длину подвеса мерной лентой.
4. Измерьте время Δt 40 полных колебаний (N).
5. Повторите измерения Δt 5 – 7 раз(не изменяя условий опыта) и найдите среднее значение Δtср.
6. Вычислите среднее значение периода колебаний Tср по среднему значению Δtср.
4 2l
7. Вычислите значение gcp по формуле: g 
T2
8. Результаты занесите в таблицу:
№ опыта
l, м
N
t, с
g, м/с2
Т,с
gcp
1
2
3
4
5
6
9. Определите относительную ошибку полученного результата ε:

gизм  g
 100 0 0 , где
g
gизм – величина ускорения свободного падения, определенная по результатам проделанной
работы, g – значение, взятое из справочника.
10. Вычислите наибольшую абсолютную погрешность:
g   g g cp Результат измерения запишите
с учётом абсолютной погрешности в виде выражения
11. Cделайте вывод.
40
g  g ср  g .
Лабораторная работа № 8 Изучение зависимости периода колебаний нитяного
(пружинного) маятника от длины нити (массы груза)
Часть 1.
Цель работы: Выяснить, как зависит период свободных колебаний от длины маятника.
Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, шарик с отверстием, нить, измерительная лента
секундомер.
Ход работы:
1. Соберите нитяной маятник, длиной нити 60 см.
2. Отклоните груз на небольшой (100) угол и отпустите его.
3. С помощью секундомера измерьте промежуток времени, за который маятник совершил 20
полных колебаний.
4. Вычислить период колебания маятника, используя формулу Т= t/N.
5. Повторите опыт 3 – 4 раза, уменьшая (или увеличивая) длину нити маятника
6. Сделайте вычисления и заполните таблицу.
T  2
l
g
7. Сделайте вывод по вашим исследованиям.
№
опыта
Tв ыч  2
l, м
l
g
N
Tизм 
t, с
t
N
T 
Т в ыч  Т изм
 100 0 0
Т в ыч
1
2
3
4
8. Сделайте вывод.
1.
2.
3.
4.
5.
Часть 2.
Определение зависимости периода колебаний от массы груза.
Цель: Выяснить, как зависит период свободных колебаний от массы груза.
Оборудование: Пружина, грузы разной массы.
Ход работы:
Подвесьте к пружине динамометра один из грузов
Измерьте промежуток времени 5 колебаний.
Повторите опыт с грузом другой массы.
Сделайте вычисления и заполните таблицу.
Сделайте вывод по вашим исследованиям.
№
опыта
m, кг
k, Н
м Tв ыч  2
m
k
N
1
2
3
4
Какой вывод можно сделать из своего исследования?
41
t,
с
Tизм 
t
N
T 
Т в ыч  Т изм
 100 0 0
Т в ыч
Лабораторная работа № 9. Опытная проверка закона Гей-Люссака
Цель работы: Экспериментальным путем проверить верность закона Гей-Люссака. Для газа данной
массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.
Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8—10 мм;
цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40—50 мм, наполненный горячей
водой (t ~ 60 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин, термометр, линейка.
Описание работы:
Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух
V
T
состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства 1  1 . Это можно
V2 T2
осуществить, используя воздух
при атмосферном давлении.
Стеклянная трубка открытым
концом вверх помещается на 3—
5 мин в цилиндрический сосуд с
горячей водой (рис. а). В этом
случае объем воздуха V1 равен
объему стеклянной трубки, а
температура — температуре
горячей воды Т1. Это — первое
состояние. Чтобы при переходе
воздуха в следующее состояние
его количество не изменилось,
открытый конец стеклянной
трубки, находящейся в горячей
воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и
замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. б), а затем
прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет
подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем воздуха в ней станет
равным V2<V1, а давление p=paтм—pgh. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным
атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока
уровни воды в трубке и в стакане не выровняются (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в
трубке при температуре T2 окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и
втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине
V
S  l1 l1
Поэтому в работе следует сравнить отношения 1 
 . Длина воздушного столба
V2 S  l 2 l 2
измеряется линейкой, температура — термометром.
Ход работы:
1. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.
2. Измерьте длину l1 стеклянной трубки и температуру t1 воды в цилиндрическом сосуде.
Т1 = 273 + t1
3. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте
длину l 2 воздушного столба в трубке и температуру t2 окружающего воздуха Т2 = 273 + t2
4. Вычислите отношения
l1/l2 и T1/T2, относительные (ε1 и ε2) и абсолютные (Δ1 и Δ2)
погрешности измерений этих отношений по формулам
42
1 
l
l l
 , 1  1  1
l1
l2
l2
2 
T
T T

,2  1  2
T1
T2
T2
∆ l=1 мм (погрешность линейки ученической), ∆ t= (погрешность термометра – одно деление)
5. Сравните отношения l1/l2 и T1/T2.
Измерено
l1, мм l2, мм t1, °С t2, °С Т1, К Т1, К
Вычислено
l1/l2
T1/T2 Δl, мм ΔТ, К
ε1, %
Δ1
ε2, %
Δ2
6. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.
Контрольные вопросы
1. Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и
после снятия пластилина вода в трубке поднимается?
2. Почему при равенстве уровней воды в стакане и в трубке давление воздуха в трубке равно
атмосферному?
43
Лабораторная работа № 10. Проверка уравнения состояния идеального газа.
Цель работы: экспериментально подтвердить уравнение состояния идеального газа.
Оборудование: два стеклянных цилиндрических сосуда, стеклянная трубка, закрытая с одного
конца, термометр, линейка, барометр, холодная и горячая вода.
Описание работы:
Сначала трубку опускают в сосуд с горячей водой запаянным концом вниз, а затем — в сосуд с
холодной водой открытым концом вниз (см. рисунок). Обозначим температуру горячей воды Т1 а
холодной — Т2. Тогда два состояния воздуха в трубке описываются параметрами P1, V1, T1 и P2,
V2, T2.
В первом состоянии давление воздуха равно атмосферному давлению, во втором — сумме
атмосферного давления и давления водяного столба высотой h: P1=Pатм P2=Pатм + ρgh Объем
воздуха в трубке в первом состоянии V1=l∙S где l — длина трубки, S — площадь ее поперечного
сечения. Во втором состоянии объем воздуха
V2=(l-Δl)∙S где Δl — длина столба воды в трубке.
В работе нужно проверить выполнение равенства:
p1V1 p2V2

T1
T2
или
p1l1 ( pатм  gh)  (l  l )

T1
T2
Ход работы:
1. В сосуд с горячей водой опустите трубку закрытым
концом вниз (см. рисунок). Когда трубка нагреется и
температура воздуха в ней станет равной температуре
T1 воды в сосуде, измерьте температуру горячей воды.
2. Закройте трубку резиновой пробкой на нити и опустите
пробкой вниз в сосуд с холодной водой. Под водой выдерните пробку за нитку и опустите
трубку до дна сосуда. Измерьте температуру T2 холодной воды и длину столбика воды в
трубке Δl.
3. Определите давление P1 воздуха в трубке в первом состоянии по показаниям барометра и
давление воздуха в трубке во втором состоянии по формуле: P2=Pатм + ρgh .
4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:
( pатм  gh)  (l  l )
p1l1
P1, Па
P2, Па
T1, К
T2, К
l,м
Δl, м
T1
T2
5. Запишите в тетради для лабораторных работ вывод: что вы измеряли и какой получен
результат.
Ответьте на вопросы:
1) В чем различие между реальным и идеальным газами?
2) При каких условиях газы подчиняются закону Бойля-Мариотта?
3) Можно ли выполнить лабораторную работу с трубкой, открытой с двух сторон?
44
Лабораторная работа № 11 Измерение влажности воздуха
Цель работы: научиться определять влажность воздуха.
Оборудование: психрометр; стакан с водой; психрометрическая таблица.
Описание работы:
В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется
абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность определяется плотностью
водяного пара ра, находящегося в атмосфере, или его парциальным давлением pп. Парциальным
давлением pп называется давление, которое производил бы водяной пар, если бы все другие газы в
воздухе отсутствовали. Относительной влажностью φ называется отношение парциального
давления pп водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара pн.п., при
данной температуре. Относительная влажность φ показывает, сколько процентов составляет
парциальное давление от давления насыщенного пара при данной температуре и определяется по
формулам:
p

  п 100% или
  а 100%
pн .п.
 н.п.
Парциальное давление pп можно рассчитать по уравнению Менделеева-Клайперона или по
точке росы. Точка росы – это температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе
становится насыщенным.
Относительную влажность воздуха можно определить с помощью специальных приборов.
Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, один 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.
Чем интенсивнее испаряется вода (т. е. чем менее насыщен воздух
водяным паром), тем ниже показания «влажного термометра». По разнице
показаний двух термометров можно измерять влажность воздуха. С этой
целью составляются так называемые психрометрические таблицы, с
помощью которых находят конкретные значения относительной
влажности воздуха.
Ход работы:
1. В начале урока наливают воду в резервуар термометра, обернутого
марлей (см. рисунок).
2. Выждав минут 20-25 (пока показания влажного термометра
перестанут изменяться), записывают показания сухого и влажного
термометров в таблицу.
3. С помощью психрометрической таблицы определите относительную
влажность воздуха.
4. Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.
Разность показаний
Относительная влажность
Показание термометров
термометров А и В
воздуха
φ, %
сухого tС
смоченного tВЛ
термометров Δt=tС-tВЛ
Ответить на контрольные вопросы.
1. Какой пар называется насыщенным?
2. Что такое динамическое равновесие; точка росы? Почему показания смоченного термометра
меньше, чем сухого?
3. Как, зная точку росы, можно определить парциальное давление?
4. Сухой и влажный термометры психрометра показывают одинаковую температуру. Какова
относительная влажность воздуха?
45
Лабораторная работа № 12. Измерение поверхностного натяжения жидкости
Цель работы: экспериментально определить коэффициент поверхностного натяжения методом
отрыва капель.
Оборудование: весы учебные, разновес (можно измерительный цилиндр), клин измерительный,
пипетка, штангенциркуль, стакан с водой, стакан химический.
Описание работы:
Поверхностное натяжение – это явление молекулярного давления на жидкость, вызванное
притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения — на самом деле, именно
благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри жидкости силы
притяжения других молекул действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг
друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и результирующая сила
притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под
воздействием этих сил.
Молекулы поверхностного слоя жидкости сильнее притягиваются друг к другу, чем к
молекулам воздуха. Поэтому они обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с
энергией молекул внутри жидкости. Это приводит к тому, что поверхностный слой жидкости
подобен тонкой упругой пленке и стремится сократить свои размеры. Так возникает сила
поверхностного натяжения жидкости, которая зависит от рода жидкости и определяется по
формуле: F = σ l,
где σ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, l — длина.
Для измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости в данной
работе используют метод капель.
Ход работы:
1. С помощью измерительного клина и штангенциркуля измерьте диаметр
наконечника пипетки D.
2. Взвесьте стакан.
3. С помощью пипетки отсчитайте 50-100 капель (n).
m
4. Взвесьте стакан с водой и определите массу одной капли: mк 
n
m g
5. Вычислите поверхностное натяжение:   к .
D
6. По таблице коэффициента поверхностного натяжения жидкости определите значение  вод и
7.
8.
рассчитайте абсолютную погрешность измерений по формуле:  |  вод   изм |

Оцените относительную погрешность измерений:  
100 0 0
 в од
Все измеренные и вычисленные данные занесите в таблицу
Диаметр пипетки,
D, м
Масса
пустого
стакана
m1, кг
Масса
Масса
стакана
воды,
с водой,
m, кг
m2, кг
Масса Коэффициент
Абсолютная Относительная
одной поверхностного
погрешность, погрешность,
капли, натяжения воды,
Δσ , Н/м
ε ,%
mк, кг
σ , Н/м
9. Сделайте вывод.
Контрольные вопросы:
1. Почему капля жидкости при падении принимает форму шара?
2. Приведите примеры появления сил поверхностного натяжения.
46
Лабораторная работа № 13. Изучение закона Ома для участка цепи
Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.
Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из
трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока,
соединительные провода.
Описание работы:
Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата,
проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору
присоедините вольтметр (см. схему).
Ход работы:
1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток.
При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до
2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.
Таблица 1. Сопротивление участка 2 Ом
Напряжение U, В
Сила тока I, А
По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.
2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном
напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала
сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах
участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока,
результаты записывайте в табл 2.
Таблица 1. Постоянное напряжение на участке 2 В
Сопротивление участка R, Ом
Сила тока I, А
По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.
47
Лабораторная работа № 14.1 Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления
источника тока
Цель работы: научится определять эдс и внутреннее сопротивление источника тока
Оборудование: источник эдс, вольтметр, амперметр, реостат, ключ, соединительные провода.
Описание работы:
При разомкнутом ключе ЭДС (Е) источника тока равна напряжению на внешней цепи. В
эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть больше
внутреннего сопротивления источника тока г. Обычно сопротивление источника мало, поэтому для
измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 0-6 В и
сопротивлением Rв = 900 Ом. Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно
Rв >> г. При этом отличие Е от II не превышает десятых долей процента, поэтому погрешность
измерения эдс равна погрешности измерения напряжения. Внутреннее сопротивление источника
тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.
Действительно, из закона Ома для замкнутой цепи получаем Е= 𝑈 + 𝐼𝑟 , где 𝑈 = 𝐼𝑅 - напряжение
на внешней цепи
Имея амперметр и вольтметр можно провести косвенное измерение сопротивления источника
Е U
тока, по формуле: r 
. Меняя внешнее сопротивление, мы должны убедиться, что
I
внутреннее сопротивление источника тока в пределах погрешности
измерений есть величина постоянная для данного источника
Ход работы:
1. Подготовьте бланк отсчета
2. Соберите электрическую сеть согласно рисунку
3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе
4. Измерьте эдс источника тока
5. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе и вычислите r проводника.
Вычислите абсолютную и относительную погрешность измерения эдс, используя данные о
классе точности приборов. Для измерения силы тока в цепи можно использовать школьный
амперметр со шкалой 0—2 А. Максимальные погрешности измерений внутреннего сопротивления источника тока определяются по формулам
r 
Е  U I

Епр  U пр I пр
Δr=rпрεr
6. Запишите результаты измерений эдс и внутреннего сопротивления источника тока
№
опыта
1
2
Е
Вольт
I
Ампер
U
Вольт
r
Ом
Еr,
%
Δr,
Ом
Контрольные вопросы
1. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?
2. Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?
3. Можете ли вы предложить другие способы измерения ЭДС и внутреннего сопротивления
источника тока?
48
Лабораторная работа № 14.2 Изучение явления электромагнитной индукции
Цель работы:изучить явление электромагнитной индукции
Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, магнит полосовой.
Описание работы:
Ход работы:
I.Выяснение условий возникновения индукционного тока.
1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, отметьте, возникал ли индукционный ток, если:
 в неподвижную катушку вводить магнит,
 из неподвижной катушки выводить магнит,
 магнит разместить внутри катушки, оставляя неподвижным.
3. Выясните, как изменялся магнитный поток Ф, пронизывающий катушку в каждом случае.
Сделайте вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.
II. Изучение направления индукционного тока.
1. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления
отклоняется стрелка миллиамперметра.
Проверьте, одинаковым ли будет направление индукционного тока, если:
 вводить в катушку и удалять магнит северным полюсом;
 вводить магнит в катушку магнит северным полюсом и южным полюсом.
2. Выясните, что изменялось в каждом случае. Сделайте вывод о том, от чего зависит направление
индукционного тока.
III. Изучение величины индукционного тока.
1. Приближайте магнит к неподвижной катушке медленно и с большей скоростью, отмечая, на
сколько делений (N1, N2) отклоняется стрелка миллиамперметра.
2. Приближайте магнит к катушке северным полюсом. Отметьте, на сколько делений N1
отклоняется стрелка миллиамперметра.
К северному полюсу дугообразного магнита приставьте северный полюс полосового магнита.
Выясните, на сколько делений N2 отклоняется стрелка миллиамперметра при приближении
одновременно двух магнитов.
3. Выясните, как изменялся магнитный поток в каждом случае. Сделайте вывод, от чего зависит
величина индукционного тока.
Ответьте на вопросы:
1. В катушку из медного провода сначала быстро, затем медленно вдвигают магнит. Одинаковый
ли электрический заряд при этом переносится через сечение провода катушки?
2. Возникнет ли индукционный ток в резиновом кольце при введении в него магнита?
49
Лабораторная работа № 15. Измерение показателя преломления стекла
Цель работы: определить показатель преломления стекла с помощью плоскопараллельной
пластинки.
Оборудование: плоскопараллельная пластинка, булавки, линейка, транспортир.
Описание работы:
После прохождения через стеклянную
плоскопараллельную пластинку луч света смещается,
однако его направление остается прежним. Анализируя
ход луча света, можно с помощью геометрических
построений определить показатель преломления стекла
sin 
,
n
sin 
где α и β — соответственно угол падения и угол
преломления светового луча.
Ход работы:
1. Положите на стол лист картона, а на него — стеклянную пластинку.
2. Воткните в картон по одну сторону пластинки две булавки — 1и 2 так, чтобы булавка 2 касалась
грани пластинки (см. рисунок). Они будут отмечать направление падающего луча.
3. Глядя сквозь пластинку, воткните третью булавку так, чтобы, если смотреть сквозь пластинку,
она закрывала первые две. При этом третья булавка тоже должна касаться пластины.
4. Уберите булавки, обведите пластину карандашом и в местах проколов листа картона булавками
поставьте точки.
5. Начертите падающий луч 1—2, преломленный луч 2—3, а также перпендикуляр к границе
пластинки (см. рисунок).
6. Отметьте на лучах точки А и В, для которых ОА = ОВ. Из точек А и В опустите
перпендикуляры АС и BD на перпендикуляр к границе пластинки (см. рисунок).
7. Измерив АС и BD, вычислите показатель преломления стекла, используя формулы:
8. Повторите опыт и расчеты, изменив угол падения α.
9. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу, помещенную в тетради для
лабораторных работ. Ниже приведены первые две строки этой таблицы.
№ опыта
АС, мм
BD, мм
10. рассчитайте абсолютную и относительную погрешности по формулам:
n

n  n  nтаб
nтаб
Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.
50
n
Лабораторная работа № 16. Определение оптической силы и фокусного расстояния
собирающей линзы
Цель работы: определить фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.
Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза,
лампочка на подставке с колпачком, содержащим букву, источник тока, ключ, соединительные
провода, экран, направляющая рейка.
Описание работы:
Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния линзы основан на
использовании формулы линзы:
1
𝑑
1
1
𝑓
𝑑
+ = 𝐷 или
1
1
𝑓
𝐹
+ =
Ход работы:
1 Соберите электрическую цепь, подключив лампочку к источнику тока через выключатель.
2. Поставьте лампочку на один край стола, а экран – у другого края. Между ними поместите
собирающую линзу.
3. Включите лампочку и передвигайте линзу вдоль рейки, пока на экране не будет получено резкое,
уменьшенное изображение светящейся буквы колпачка лампочки.
4. Измерьте расстояние от экрана до линзы в мм.
d=
5. Измерьте расстояние от линзы до изображения в мм.
f1=
6. При неизменном d повторите опыт еще 2 раза, каждый раз заново получая резкое изображение.
f2=, f3=
7. Вычислите среднее значение расстояния от изображения до линзы.
f  f2  f3

f ср  1
f cp 
f cp =
3
3
1
1
1 1
8. Вычислите оптическую силу линзы D ср  
D cp   
d f cp
1
1
9. Вычислите фокусное расстояние до линзы.
F cp 
F cp  =
Dcp
10. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу.
3
№
 D,
f·10¯³,
D ср ,
F ср ,
f ср 10 3 ,
d 10 ,
опыта
м
м
м
дптр
11. Измерьте толщину линзы в мм.
h=
12. Вычислите абсолютную погрешность измерения оптической
силы линзы по формуле:
h
h
∆D = 2  2 ,
∆D =
2d
f cp
13. Запишите результат в виде D = D ср ± ∆D
14. Сделайте вывод:
D=
Тренировочные задания и вопросы
1. Линзой называется – …
2. Тонкая линза – это …
3. Покажите ход лучей после преломления в собирающей линзе.
51
дптр
м
4. Запишите формулу тонкой линзы.
5. Оптическая сила линзы – это…
D= …
6. При каком условии изображение предмета, получаемое с помощью собирающей линзы,
является мнимым?
7. Источник света помещен в двойной фокус собирающей линзы, фокусное расстояние которой F
= 2 м. На каком расстоянии от линзы находится его изображение?
8. Постройте изображение в собирающей линзе.
Дайте характеристику полученному изображению.
52
Средства измерения
линейка ученическая
линейка демонстрационная
лента измерительная
мензурка
гири 10,20, 50 мг
гири 100,200 мг
гири 500 мг
гири 1 г
гири 2 г
гири 5 г
гири 10 г
гири 20 г
гири 50 г
гири 100 г
штангенциркуль
микрометр
динамометр
весы учебные
Секундомер
барометр-анероид
термометр лабораторный
амперметр школьный
вольтметр школьный
Предел
измерения
Цена
деления
Допустимая погрешность
до 50 см
100 см
150 см
до 250 мл
1 мм
1 см
0.5 см
1 мл
150 мм
25 мм
4Н
200 г
0-30 мин
720-780 мм рт.ст.
0-100 градусов С
2А
6В
0.1 мм
0.01 мм
0.1 Н
1 мм
0.5 см
0.5 см
1 мл
1 мг
2 мг
3 мг
4 мг
6 мг
8 мг
12 мг
20 мг
30 мг
40 мг
0.05 мм
0.005 мм
0.05 Н
0.1 г
1с за 30 мин
3 мм рт.ст
1 градус
0.08 А
0.16 В
0.2 с
1 мм рт.ст
1 градус
0.1 А
0.2 В
Коэффициент поверхностного натяжения жидкостей, мН/м (при 20°C)
Вода
73
Бензин
21
Керосин
24
Мыльный раствор
40
Молоко
46
Нефть
30
Ртуть
472
Спирт
22
Эфир этиловый
17*
53
2.3.3 расчётные практические работы.
Расчетная практическая работа №1.
Расчет макро и микропараметров посредством статистического метода.
Цель: рассчитать основные величины микроскопических
статистическим методом, для различных веществ.
и макроскопических параметров
Теория:
Молекулярная физика и термодинамика - разделы физики, в которых изучаются макроскопические
процессы и телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Для
исследования этих процессов применяют два метода: статистический (молекулярно—
кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй термодинамики. Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного
действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул, являясь
статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод
основан на том, что свойства макроскопической системы, в конечном счете, являются свойствами
частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических
характеристик этих частиц (скорости, энергии и т.д.). Например, температура тела определяется
скоростью беспорядочного движения его молекул, но т.к. в любой момент времени разные
молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение
скорости движения молекул
1
𝑝 = 3 𝑛𝑚0 𝑣 2 или р = п·к·Т, где выражение называется основным уравнением молекулярнокинетической теории идеальных газов.
NA = 6· 1023 1/моль - постоянная Авогадро,
к =1,38· 10-23 Дж/К - постоянная Больцмана
Т = t + 273 – абсолютная температура (измеряется в кельвинах (К))
ν=
m
μ
N
=N
A
п- концентрация молекул, п=
𝑁
𝑉
=
𝑁𝜌
𝑚
, ρ – плотность вещества
Задание:
Рассчитать макроскопические и микроскопические параметры следующих веществ: кислорода,
углекислого газа, кислоты и воды, при условии, что t=200С. Данные занесите в таблицу
параметр Молярная
Число
молекул,
N
масса,
𝝁
вещество
О2
60·10 23
СО2
Н 2SO 4
H 2O
Количество
вещества, 𝝂
Масса,
𝒎
Концентра- Плотность, Давление,
ция, п
ρ
р
1,29
15·105
100·10 5
35
50
20
1000
54
Расчетная практическая работа №2.
Расчет макро и микропараметров с применением формул Менделеева-Клайперона и законов
изопроцессов.
В баллоне объемом 100 л находится 2 г кислорода при температуре 47 °С. Каково давление
газа в баллоне?
2. Во сколько раз увеличится объем пузырька воздуха, поднявшегося при постоянной
температуре с глубины 8 км на поверхность? Атмосферное давление нормальное.
3. При изотермическом процессе объем газа увеличился в 6 раз, а давление уменьшилось на 50
кПа. Определите конечное давление газа.
4. Найдите объем водорода массой 1 кг при температуре 27 °С и давлении 100 кПа.
5. Какова плотность азота при температуре 27 °С и давлении 100 кПа?
6. В процессе изобарного нагревания объем газа увеличился в 2 раза. На сколько градусов
нагрели газ, если его начальная температура равна 273 °С?
7. В процессе изохорного охлаждения давление газа уменьшилось в 3 раза. Какой была начальная
температура газа, если конечная температура стала равной 27 °С?
8. В баллоне объемом 200 л находился гелий под давлением 100 кПа при температуре 17 °С.
После подкачивания гелия его давление поднялось до 300 кПа, а температура увеличилась до
47 °С. На сколько увеличилась масса гелия?
9. При давлении 105 Па и температуре 15 °С воздух имеет объем 2 л. При каком давлении воздух
данной массы займет объем 4 л, если температура его станет равной 20 °С?
10. В процессе изобарного охлаждения объем идеального газа уменьшился в 2 раза. Какова
конечная температура газа, если его начальная температура равна 81 °С? Масса газа постоянна.
1.
55
Расчетная практическая работа №3
Расчет электрических цепей при последовательно – параллельном соединении конденсаторов.
В случае параллельного соединения все конденсаторы заряжаются до одной и той же разности
потенциалов U, но заряды на них могут быть различными. Если емкости их равны С1, С2,..., Сn, то
соответствующие заряды будут q1  C1U q2  C2U ...qn  CnU
Общий заряд на всех конденсаторах q  q1  q2  ...  qn  C1  C2  ...  Cn U
q
и, следовательно, емкость всей системы конденсаторов C   C1  C 2  ...  C n
U
Итак, емкость группы параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей
отдельных конденсаторов.
В случае последовательно соединенных конденсаторов одинаковы заряды на всех конденсаторах.
Действительно, если мы поместим, например, заряд +q на левую обкладку первого конденсатора, то
вследствие индукции на правой его обкладке возникнет заряд —q, а на левой обкладке второго
конденсатора — заряд +q. Наличие этого заряда на левой обкладке второго конденсатора опятьтаки вследствие индукции создает на правой его обкладке заряд —q, а на левой обкладке третьего
конденсатора — заряд +q и т. д. Таким образом, заряд каждого из последовательно соединенных
конденсаторов равен q. Напряжение же на каждом из этих конденсаторов определяется емкостью
соответствующего-конденсатора: где Сi — емкость одного конденсатора. Суммарное напряжение
между крайними (свободными) обкладками всей группы конденсаторов
 1
1
1 
U  U1  U 2  ...  U n  q 
 ...  
Cn 
 C1 C2
q
Следовательно, емкость всей системы конденсаторов C 
определяется выражением
U
1 U 1
1
1
 

 ... 
C q C1 C 2
Cn
Из этой формулы видно, что емкость группы последовательно соединенных конденсаторов всегда
меньше емкости каждого из этих конденсаторов в отдельности.
1. Четыре одинаковых конденсатора соединены в одном случае параллельно, в другом —
последовательно. В каком случае емкость этой группы конденсаторов больше и во сколько раз?
2. Два конденсатора емкости 2 и 1 мкФ соединены последовательно и присоединены к полюсам
батареи с напряжением 120 В. Каково напряжение между обкладками первого и между
обкладками второго конденсатора?
3. Какой заряд нужно сообщить батарее из двух лейденских банок емкости 0,0005 и 0,001 мкФ,
соединенных параллельно, чтобы зарядить ее до напряжения 10 кВ?
4. Конденсатор, заряженный до напряжения 100 В, соединяется с конденсатором такой же
емкости, но заряженным до 200 В, параллельно (т. е. положительная обкладка — с
положительной, отрицательная — с отрицательной). Какое установится напряжение между
обкладками?
5. Два заряженных металлических шара одинакового диаметра приводятся в соприкосновение.
Один из шаров — полый. Поровну ли распределятся заряды на обоих шарах?
56
Расчетная практическая работа №4
Расчет параметров неразветвленной электрической цепи при переменном сопротивлении.
Цель работы: Ознакомиться с особенностью применения II закона Кирхгофа при расчете цепей
переменного тока. Проанализировать явления, происходящие при последовательном
соединении активных и реактивных элементов. Экспериментально определить параметры
электрической цепи.
Используя исходные данные, приведенные в табл. 1, рассчитать схему, состоящую из
соединенных последовательно: резистора — R; катушки — LК, RК; и конденсатора — C. Частота
напряжения сети 50 Гц. Определить активные, реактивные, полные сопротивления и коэффициенты
мощности отдельных участков и всей схемы. Рассчитать ток, напряжения на участках, активные,
реактивные и полные мощности. Результаты расчетов занести в табл. 2.
По результатам расчетов построить в масштабе многоугольники напряжений, сопротивлений и
мощностей.
Вариант
1
45
70
60
U, [В]
R, [Ом]
C, [мкФ]
Катушка
2
25
30
70
3
35
40
50
4
30
20
60
Таблица 1
6
40
60
30
5
45
50
40
RК = 5 Ом, LК = 0,1Гн
Таблица 2
Элемент схемы
R, Ом
X, Ом
Z, Ом
cos φ
I, А
U, В
P, Вт
Q, ВАр
Катушка
Резистор
Конденсатор
-
-
-
-
Вся схема
57
S, ВА
Расчетная практическая работа №5
Расчет параметров в разветвленной цепи.
Элементы теории. Правила Кирхгофа позволяют значительно упростить расчёт сложных
электрических цепей с неоднородными участками. В разветвлённых цепях можно выделить узловые
точки (узлы), в которых сходятся не менее трёх проводников, рис. 1. Токи, втекающие в узел,
считают положительными; вытекающие из узла – отрицательными.
Первое правило Кирхгофа следует из закона сохранения электрического заряда: алгебраическая
сумма сил токов, сходящихся в любом узле разветвлённой цепи, равна нулю: I1 + I2 + I3 + ... + In = 0.
Рис. 2. Пример разветвлённой цепи
В любой разветвлённой цепи всегда можно выделить несколько замкнутых путей, состоящих из
однородных и неоднородных участков, которые называются контурами. На рис. 2 представлен
простой пример разветвлённой цепи с двумя узлами, в которых сходятся одинаковые токи, так что
независимым является только один. Соответственно в цепи можно выделить три контура. Из них
только два независимы, т.к. третий не содержит новых участков.
Второе правило Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений (произведений
сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвлённой цепи постоянного
тока на силу тока на этом участке) равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.
Покажем применение второго правила Кирхгофа на примере разветвлённой электрической цепи,
изображённой на рис. 2, где НО – выбранное направление обхода. C учётом правила знаков (рис. 3):
Рис. 3. Правило знаков
для контура абдг:
I1R1 + I2R2 = – 1 – 2;
для контура бвед:
–I2R2 + I3R3 = 2 + 3;
для узла б:
–I1 + I2 + I3 = 0.
Первое и второе правила Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров
разветвлённой цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число алгебраических
уравнений для расчёта значений напряжений и сил токов.
Правила Кирхгофа сводят расчёт разветвлённой электрической цепи к решению системы линейных
алгебраических уравнений. Если в результате решения сила тока на каком-то участке оказывается
58
отрицательной, то это означает, что ток на этом участке идёт в направлении, противоположном
выбранному положительному направлению.
Задание на расчётную работу
1. Нарисовать схему, аналогичную представленной на рис. 2, с параметрами: R1 = 2,3 Ом, R2 = 6,3
Ом, R3 =1,8 Ом; 1 = 5,7 В, 2 = –4,5 В, 3 = 2,7 В.
2. Выбрать контуры и направления их обхода.
3. Обозначить токи в ветвях.
4. Составить систему уравнений.
5. Определить токи.
6. Проверить баланс мощностей.
Пример выполнения
1–3. Схемы аналогичны представленным на рис. 1–3.
4. Система уравнений:
2,3 · I1 + 6,3 · I2 + 0 · I3= –5,7 – 4,5,
0 · I1– 6,3 · I2 + 1,8 · I3 = 4,5 + 2,7,
–I1 + I2 + I3 = 0.
5. Находим значения токов, для чего полученную систему линейных алгебраических уравнений
решаем методом Гаусса – одним из наиболее универсальных и эффективных методов, состоящим
в последовательном исключении неизвестных из уравнений исходной системы. Сначала с
помощью первого уравнения исключаем x1 из всех последующих уравнений системы, затем,
используя второе уравнение, исключаем x2 из третьего и всех последующих уравнений. Этот
процесс, называемый прямым ходом метода Гаусса, продолжается до тех пор, пока в левой
части последнего (n-го) уравнения не останется лишь один член с неизвестным xn. Вычисления
значений неизвестных производят на этапе обратного хода. Из последнего уравнения системы
находим xn. Подставляя его в предпоследнее уравнение, получим xn–1. Обратной подстановкой
последовательно находим xn-1, xn-2, …, x1.
Решая систему, получаем токи в ветвях: I1 = –1,24 А; I2 =–1,16 А; I3 = –0,08 А. Знак «–» говорит о
том, что направление тока противоположно выбранному.
6. Проверяем баланс мощностей. Найдём мощность, выделяемую на резисторах R1, R2, R3 в виде
теплоты:
P1 = 2,3 · 1,242 + 6,3 · 1,162 + 1,8 · 0,082 = 12,025 Вт.
Найдём мощность, выделяемую источниками тока в результате
работы сторонних сил:
P2 = 5,7 · 1,24 + 4,5 · 1,16 – 0,08 · 2,7 = 12,072 Вт.
Для
третьего
источника
тока
мощность
отрицательная,
т.к. I3направлен против ЭДС.
Хорошее совпадение P1 и P2 говорит о том, что расчёты выполнены
правильно.
Рисуем электрическую схему в окончательном виде.
59
Расчетная практическая работа №6
Расчет определенных значений Rэкв, I и U на всех участках сложной электрической цепи. Расчет
значений силы тока
Задача 1. Найдите сопротивление цепи между точками А и В, если R1 =
R5 = 4 Ом, R3 = R4 = 2 Ом, R2 = 1 Ом.
Задача 2. На рисунке изображена электрическая
цепь, состоящая из 6-ти одинаковых звеньев. Все
сопротивления одинаковые. На входное звено подают
напряжение от источника тока и
амперметр А
показывает ток I=8,9А. Какой ток показывает
амперметр А0? Амперметры считать идеальными.
Задача 3. В схеме, изображенной на рисунке, r1 = 1 кОм, r2 = 2 кОм, R = 3 кОм.
Ток через амперметр при замкнутом ключе К1 и разомкнутом ключе К2 совпадает
с током через амперметр при замкнутом ключе К2 и разомкнутом ключе К1 и
составляет Iо. Найти ток I через амперметр в случае, когда замкнуты оба ключа.
Задача 4. Какое напряжение покажет вольтметр, включенный в схему (Рис.),
если его внутреннее сопротивление 10 кОм. Е1 = Е2 = Е3 =10 В, R1 = 1 кОм,
R2 = 2 кОм, R3 = 3 кОм. Источники тока – идеальные.
Задача 5. Каким должно быть соотношение между сопротивлениями и ЭДС
в схеме, указанной на рис., чтобы ток через первый источник был равен
нулю?
60
Расчетная практическая работа №7.
Расчет параметров (массы и энергии) атомного ядра.
1. При облучении атома водорода электроны перешли с первой стационарной орбиты на третью, а
при возвращении в исходное состояние они переходили сначала с третьей орбиты на вторую, а
затем со второй на первую. Что можно сказать об энергии квантов, поглощенных и излученных
атомом?
2. Сколько квантов с различной энергией может испустить атом водорода, если электрон находится
на третьей орбите?
3. Электрон в атоме водорода перешел с четвертого энергетического уровня на второй. Как при
этом изменилась энергия атома? Почему?
4. Какую минимальную скорость должны иметь электроны, чтобы ударом перевести атом водорода
из первого энергетического состояния в пятое?
5. Резерфорд осуществил первую в мире реакцию превращения одного химического элемента в
другой. Вычислите энергетический выход этой реакции. Поглощается или выделяется энергия в
этой реакции?
Масса атома азота 14,003074 а. е. м., атома кислорода 16,999133 а. е. м., атома гелия 4,002603 а.
е. м., атома водорода 1,007825 а. е. м.
6. Вычислите энергетический выход реакции
Масса атома алюминия 26,981539 а. е. м., атома кремния 29,973763 а. е. м.
7. Какая энергия соответствует одной атомной единице массы (1 а.е.м.)? Выразите ее в джоулях и
электрон-вольтах.
8. Определите энергию связи изотопа лития
.
9. Какое количество энергии можно получить в результате деления урана
при каждом акте деления выделяется энергия, равная 300 МэВ?
массой 1 кг, если
10. Через сколько времени распадается 80% атомов радиоактивного изотопа хрома
, если его
период полураспада 27,8 суток?
11. Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 суток. Найти период
полураспада.
61
2.4 Критерии оценки
2.4.1 Оценка письменных контрольных работ учащихся
Отметка «5» ставится, если:
• работа выполнена полностью;
• в логических рассуждениях и обосновании решения нет пробелов и ошибок;
• в решении нет математических ошибок (возможна одна неточность, описка, не
являющаяся следствием незнания или непонимания учебного материала).
Отметка «4» ставится, если:
• работа выполнена полностью» но обоснования шагов решения недостаточны (если
умение обосновывать рассуждения не являлось специальным объектом проверки);
• допущена одна ошибка или два-три недочёта в выкладках, рисунках, чертежах или
графиках (если эти виды работы не являлись специальным объектом проверки).
Отметка «3» ставится, если:
• допущены более одна ошибки или более двух-трёх недочётов в выкладках,
чертежах или графиках, но учащийся владеет обязательными умениями по
проверяемой теме.
Отметка «2» ставится, если:
• допущены существенные ошибки, показавшие, что учащийся не владеет
обязательные умениями по данной теме в полной мере.
2.4.2 Оценка устных ответов учащихся
Ответ оценивается отметкой «5», если ученик:
• полно раскрыл содержание материала в объеме, предусмотренном программой и
учебником,
• изложил материал грамотным языком в определенной логической
последовательности, точно используя математическую терминологию и
символику;
• правильно выполнил рисунки, чертежи, графики, сопутствующие ответу;
• показал умение иллюстрировать теоретические положения конкретными
примерами, применять их в новой ситуации при выполнении практического
задания;
• продемонстрировал сформированность и устойчивость используемых при
отработке умений и навыков, усвоение ранее изученных сопутствующих вопросов;
• отвечал самостоятельно без наводящих вопросов учителя. Возможны одна - две
неточности при освещении второстепенных вопросов или в выкладках, которые
ученик легко исправил по замечанию учителя.
Ответ оценивается отметкой «4», если он удовлетворяет в основном требованиям
на оценку «5», но при этом имеет один из недостатков:
• в изложении допущены небольшие пробелы, не исказившие математическое
содержание ответа;
• допущены один – два недочета при освещении основного содержания ответа,
исправленные по замечанию учителя;
• допущены ошибка или более двух недочетов при освещении второстепенных
вопросов или в выкладках, легко исправленные по замечанию учителя.
62
Отметка «3» ставится в следующих случаях:
• неполно или непоследовательно раскрыто содержание материала, но показано
общее понимание вопроса и продемонстрированы умения, достаточные для
дальнейшего усвоения программного материала (определенные «Требованиями к
математической подготовке учащихся»);
• имелись затруднения или допущены ошибки в определении понятий,
использовании математической терминологии, чертежах, выкладках, исправленные
после нескольких наводящих вопросов учителя;
• ученик не справился с применением теории в новой ситуации при выполнении
практического задания, но выполнил задания обязательного уровня сложности по
данной теме;
• при знании теоретического материала выявлена недостаточная сформированность
основных умений и навыков.
Отметка «2» ставится в следующих случаях:
• не раскрыто основное содержание учебного материала;
• обнаружено незнание или непонимание учеником большей или наиболее важной
части учебного материала;
• допущены ошибки в определении понятий, при использовании математической
терминологии, в рисунках, чертежах или графиках, в выкладках, которые не
исправлены после нескольких наводящих вопросов учителя.
2.4.3 Оценивание при тестировании:
• за каждый правильный ответ начисляется 1 балл;
• за каждый ошибочный ответ начисляется штраф в 1 балл;
• за вопрос, оставленный без ответа (пропущенный вопрос), ничего не начисляется.
Такой подход позволяет добиться вдумчивого отношения к тестированию, позволяет
сформировать у школьников навыки самооценки и ответственного отношения к
собственному выбору. На начальном этапе тестирования можно отказаться от
начисления штрафных баллов.
Соотношения при выставлении оценок:
• 50-70% — «3»;
• 71-85% — «4»;
• 86-100% — «5».
Критерии ошибок
К грубым ошибкам относятся ошибки, которые обнаруживают незнание учащимися
формул, правил, основных свойств, теорем и неумение их применять; незнание
приемов решения задач, рассматриваемых в учебниках, а также вычислительные
ошибки, если они не являются опиской;
К негрубым ошибкам относятся: потеря корня или сохранение в ответе
постороннего корня; отбрасывание без объяснений одного из них и равнозначные им;
К недочетам относятся: нерациональное решение, описки, недостаточность или
отсутствие пояснений, обоснований в решениях.
63
3. Оценка освоения курса дисциплины
Промежуточная аттестация в форме экзамена (2семестр):
Структура задания на экзамен:
1. Два теоретических вопроса.
2. Одно практическое задание.
3.1. Задания для оценки.
Теоретические вопросы к экзамену:
1. Механическое движение. Относительность механического движения. Системы
отсчёта (примеры).
2. Характеристики механического движения: перемещение, скорость, ускорение
(примеры).
3. Виды механического движения: равномерное, равноускоренное и их графическое
описание (примеры).
4. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью.
5. Взаимодействие тел. Принцип суперпозиции сил (примеры).
6. Законы динамики Ньютона (примеры).
7. Сила. Силы в природе: силы упругости, силы трения (виды трения) (примеры).
8. Сила тяжести (примеры).
9. Закон всемирного тяготения. Невесомость (примеры).
10.Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение (примеры).
11.Закон сохранения энергии (примеры).
12.Работа и мощность в механике.
13.Механические колебания. Амплитуда, период, частота, фаза колебаний
(примеры).
14.Свободные и вынужденные механические колебания. Механические волны
(примеры).
15.Звуковые волны. Ультразвук и его использование в технике и медицине
(примеры).
16.Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества
(примеры).
17.Масса и размеры молекул. Тепловое движение. Абсолютная температура, как
мера средней кинетической энергии частиц.
18.Объяснение агрегатных состояний вещества на основе атомно-молекулярных
представлений. Связь между давлением и средней кинетической энергией
молекул газа.
19.Модель строения твёрдых тел. Механические свойства твёрдых тел (примеры).
64
20.Аморфные тела и жидкие кристаллы. Изменения агрегатных состояний вещества
(примеры).
21.Модель строения жидкости. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность
воздуха (примеры).
22.Поверхностное натяжение и смачивание (примеры).
23.Внутренняя энергия и работа газа.
24.Первый закон термодинамики.
25.Необратимость тепловых процессов. Тепловые двигатели и охрана окружающей
среды. КПД тепловых двигателей.
26.Взаимодействие заряженных тел. Электрический заряд. Закон сохранения
электрического заряда. Закон Кулона.
27.Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
28.Потенциал поля. Разность потенциалов.
29.Проводники в электрическом поле. Электрическая ёмкость. Конденсатор.
30.Диэлектрики в электрическом поле.
31.Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Электрическое
сопротивление.
32.Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение
проводников.
33.ЭДС источника тока. Закон Ома для замкнутой цепи.
34.Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля – Ленца.
35.Работа и мощность электрического тока.
36.Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников.
37.Полупроводниковый диод. Полупроводниковые приборы.
38.Магнитное поле. Постоянные магниты и магнитное поле тока. Индукция
магнитного поля. Магнитный поток.
39.Сила Ампера. Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные
приборы.
40.Явление электромагнитной индукции и закон электромагнитной индукции
Фарадея.
41.Вихревое электрическое поле. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность.
42.Принцип действия электрогенератора. Переменный ток.
43.Трансформатор.
44.Производство, передача и потребление электрической энергии.
45.Проблема энергоснабжения. Техника безопасности в обращении с электрическим
током.
46.Колебательный контур. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания.
47.Активное сопротивление. Электрический резонанс.
65
48.Электромагнитное поле и электромагнитные волны. Скорость электромагнитных
волн.
49.Принципы радиосвязи и телевидения.
50.Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение
(примеры).
51.Свет как электромагнитная волна. Интерференция и дифракция света (примеры).
52.Дисперсия света.
53.Различные виды электромагнитных излучений, их свойства и практическое
применение (примеры).
54.Оптические приборы. Разрешающая способность оптических приборов.
55.Гипотеза Планка о квантах. Фотоэффект. Фотон.
56..Волновые и корпускулярные свойства света. Технические устройства,
основанные на использовании фотоэффекта.
57.Строение атома: планетарная модель и модель Бора.
58.Поглощение и испускание света атомом. Квантование энергии.
59.Принцип действия и использование лазера.
60.Строение атомного ядра. Энергия связи. Связь массы и энергии.
61.Ядерная энергетика. Радиоактивные излучения и их воздействие на живые
организмы.
62.Эффект Доплера и обнаружение «разбегания» галактик. Большой взрыв.
63.Образование планетных систем. Солнечная система.
Практические задания к экзамену:
1. Мальчик подбросил мяч вверх и снова поймал его. Считая, что мяч поднялся на
высоту 2,5 м, найдите путь и перемещение мяча.
2. Мяч упал с высоты 3 м, отскочил от пола и был пойман на высоте 1 м. Найдите
путь и перемещение.
3. Через 20 с после начала движения электровоз развил скорость 4 м/с. Найдите
силу, сообщающую ускорение, если масса электровоза равна 184 т.
4. Скорость автомобиля изменяется по закону υх=10+0,5t. Найдите результирующую
силу, действую на него, если масса автомобиля равна 1,5 т.
5. Космический корабль массой 8 т приблизился к орбитальной космической
станции массой 20 т на расстояние 100 м. Найдите силу их взаимного
притяжения.
6. Железнодорожный вагон массой 35 т подъезжает к стоящему на том же пути
неподвижному вагону массой 28 т и автоматически сцепляется с ним. После
сцепки вагоны движутся прямолинейно со скоростью 0,5 м/с. Какова была
скорость движущегося вагона перед сцепкой?
7. Какую длину имеет математический маятник с периодом колебаний 2с?
66
8. Расстояние между гребнями волн равно 10 м. Скорость распространения волн 2
м/с. Какова частота ударов волн о берег?
9. Какова масса 20 моль серной кислоты?
10.Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?
11.Какова масса 20 моль серной кислоты?
12.Вычислите массу одной молекулы метана (СН4).
13.Сколько молекул содержится в газе объёмом 2 м3 при давлении 150 кПа и
температуре 27 °С?
14.Баллон вместимостью 40 л содержит 1,98 кг углекислого газа (СО2). Баллон
выдерживает давление 3·106 Па. При какой температуре возникает опасность
взрыва?
15.Каково давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л
при температуре 12 °С, если масса этого воздуха 2 кг. Молярная масса воздуха
равна 0,029 кг/моль.
16.На цоколе электрической лампы написано 1 В, 0,68 А. Определите сопротивление
спирали лампы.
17.Какое нужно приложить напряжение к проводнику сопротивлением 0,25 Ом,
чтобы в проводнике была сила тока 30 А?
18.В цепь включены последовательно две лампочки сопротивлением 6 Ом и 2 Ом.
Показания первого вольтметра – 24 В. каково показание второго вольтметра?
19.Определить внутреннее сопротивление аккумулятора, если известно, что при
замыкании его на внешнее сопротивление 14 Ом, напряжение на зажимах
аккумулятора 28 В, а при замыкании на сопротивление на 29 Ом напряжение на
зажимах 29 В.
20.ЭДС аккумулятора 2В. Напряжение на зажимах при токе в цепи 2·10 3 мА равно
1,84 В. Найдите сопротивление внешней цепи и внутреннее сопротивление
аккумулятора.
21.Рассчитайте расход энергии электрической лампой, включенной на 10 минут в
сеть, напряжением 127 В, если сила тока в лампе 500 мА.
22.Какое количество теплоты выделяется за 30 минут проволочной спиралью
сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 А?
23.За какое время при прохождении по проводнику электрического тока силой 5 А,
напряжением 220 В выделяется 1320 кДж энергии?
24.Угол падения луча из воздуха в стекло равен 30°. Чему равен угол преломления,
если показатель преломления стеклянной пластины равен 1,6?
25.Луч света переходит из воздуха в воду. Определить угол преломления луча, если
угол падения равен 30° (nводы=1,33).
67
26.Скорость распространения света в первой среде 225·103км/с, а во второй - 2·105
км/с. Луч света падает на поверхность раздела этих сред под углом 30 ° и
переходит во вторую среду. Определить угол преломления луча.
27.Скорость распространения света в некоторой жидкости равна 240·103 км/с. На
поверхность этой жидкости из воздуха падает луч света под углом 25°.
Определите угол преломления луча.
28.Длина волны желтого света в вакууме равна 0,589 мкм. Какова частота колебаний
в таком световом излучении?
29.Протактиний 231
91Ра α – радиоактивен. Определите, какой элемент получится с
помощью этого распада.
30.Какая бомбардирующая частица применялась в следующих реакциях:
14
17
1
7𝑁+? → 8𝑂 + 1𝐻 ,
8
7
2
3𝐿𝑖 + 1𝐻 → 4𝐵𝑒 +?
31.Найдите энергию связи ядра 84Ве, если масса ядра 84Ве равна 8,00531 а.е.м.
32.Найдите энергию связи ядра 73𝐿𝑖 , если масса ядра 73𝐿𝑖 равна 7,01601 а.е.м.
3.2.Критерии оценки.
Процент результативности
(правильных ответов)
Оценка уровня подготовки
балл (отметка)
вербальный аналог
правильный ответ на оба вопроса
и верное решение задачи
5
отлично
частично неправильный ответ на
один из вопросов и верное
решение задачи
4
хорошо
правильный ответ на оба вопроса
и неполное решение задачи
4
хорошо
правильный ответ на оба вопроса,
без решения задачи
3
удовлетворительно
недостаточно правильный ответ и
неполное решение задачи
3
удовлетворительно
неправильный ответ и
неправильное решение задачи
2
неудовлетворительно
68