ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Естественно-технический колледж

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика»

для студентов специальностей 201001 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы», 151901 «Технология машиностроения», 230113 «Компьютерные системы и комплексы», 210413 «Радиоаппаратостроение», 060501 «Сестринское дело»

очной формы обучения

Воронеж 2013

Составитель: Г.Н. Кузьмина

УДК 621.382

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика» для студентов специальностей 201001 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы», 151901 «Технология машиностроения», 230113 «Компьютерные системы и комплексы», 210413 «Радиоаппаратостроение», 060501 «Сестринское дело» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Г.Н. Кузьмина. Воронеж, 2013. 24 с.

Методические указания содержат краткие теоретические сведения и рекомендации для выполнения лабораторных работ, предусмотренных программой курса физики.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле Метод. указ. лаб. раб 1-14.doc.

Ил. 18. Библиогр.: 5 назв.

Рецензент учитель И.В. Семкив

Ответственный за выпуск директор ЕТК ВГТУ

А.А. Долгачев

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

Ó ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013

Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ

ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ УПРУГОСТИ И ТЯЖЕСТИ

Цель работы: определение центростремительного ускорения шарика при его равномерном движении по окружности.

Оборудование: штатив, шарик на нити, лента измерительная, линейка, лист бумаги с нарисованной на нем окружностью, секундомер.

Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиуса R. При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. На шарик действуют две силы: Сила тяжести mg и натяжение нити F (а). Они создают центростремительное ускорение а_п , направленное по радиусу к центру окружности. Модуль ускорения можно определить кинематически. Он равен:

а_n

Для определения ускорения надо измерить радиус окружности и период обращения шарика по окружности. Центростремительное (нормальное) ускорение можно определить также, используя законы динамики.

Согласно второму закону Ньютона та = mg + F. Разложим силу F на составляющие F₁ и F₂, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх. Тогда второй закон Ньютона запишется следующим образом: та = mg + F₁+ F₂.

Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке б. В проекциях на ось О₁у уравнение движения шарика примет вид: 0 = F₂ - mg. Отсюда F₂ = mg:. составляющая F₂ уравновешивает силу тяжести mg, действующую на шарик.

З

mg

апишем второй закон Ньютона в проекциях на ось О₁х: та_п=F_].

Х 0₁

Отсюда а_п = .

Модуль составляющей F₁ можно определить различными способами.

Во-первых, можно сделать из подобия треугольников ОАВ и FBF₁:

Отсюда F₁= и а_n=

В

в)

о-вторых, модуль составляющей F₁ можно непосредственно измерить динамометром. Для этого оттягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу R окружности (рис. в), и определяем показание динамометра.

При этом сила упругости пружины уравновешивает составляющую F₁. Сопоставим выражения для а_п: а_n= _, а_n = и убедимся, что они близки между собой.

Выполнение работы:

1. Закрепить нить шарика в лапке штатива.

2. Измерить длину нити от точки подвеса до центра шарика.

3. Измерить радиус окружности R. Измерение расстояний проводить с точностью до 1 см.

4. Вычислить высоту конуса h, описываемого нитью при движении шарика по окружности: h= .

5. Штатив с маятником расположить так, чтобы шарик находился над центром окружности.

6. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращать маятник так, чтобы шарик описывал окружность, равную начерченной на бумаге.

7. Отсчитать время t, за которое шарик совершит 7V=30 оборотов. Опыт повторить 3 раза и вычислить среднее время t_ср = .

8. Определить период обращения шарика Т=

9. Вычислить модуль центростремительного ускорения а_п = , а_п =

10. Результаты измерений записать в таблицу:

R(m)	l (м)	h (м)	t1(c)	t2(c)	t3(c)	tcp(c)	Т(с)	ап = ,	ап =

11. Сравнить результаты и сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Как направлена скорость тела, двигающегося по окружности неравномерно?

2. Какая сила сообщает центростремительное ускорение автомобилю, совершающему поворот на горизонтальной дороге?

3. Почему автомобиль при больших скоростях иногда «заносит» на повороте?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение удельного сопротивления проводника

Цель работы: измерить напряжение и силу тока в проводнике и его геометрические размеры и вычислить его удельное сопротивление.

Оборудование: исследуемый образец провода, закрепленный на линейке (реохорд), амперметр, вольтметр, реостат, источник тока, ключ, соединительные провода, штангенциркуль.

Удельное сопротивление материала проводника можно вычислить, используя формулы: и , где d - диаметр провода. Сопротивление R проводника можно определить, используя закон Ома: R = . Формула для расчета удельного сопротивления будет: .

Выполнение работы:

1. Определить цену наименьшего деления электроизмерительных приборов i₀, u₀ и записать в отчете по лабораторной работе.

2. Измерить диаметр d провода и его длину l.

3. Собрать цепь по схеме

Проверить, чтобы ползунок реостата стоял в среднем положении. Цепь включать только после проверки её преподавателем.

4. Измерить силу тока и напряжение на концах исследуемого проводника. Вычислить удельное сопротивление.

5. Эксперимент повторить 3 раза при разных значениях силы тока и напряжения на проводнике. Вычислить среднее значение удельного сопротивления.

6. Данные занести в таблицу и под ней записать все вычисления.

№	d(м)	l (м)	S (м2)	U(B)	I(А)	 (Ом  м)
1
2
3

Контрольные вопросы:

1. Почему для изготовления нагревательных элементов применяются проводники с большим удельным сопротивлением, а для подводящих проводников - с малым?

2. От чего зависит величина удельного сопротивления проводника?

Лабораторная работа № 3

изучение последовательного соединения проводников

Цель работы: Проверить для последовательного соединения закономерности

1. U=U₁ + U₂; 2. R=R₁+R₂; 3. .

Оборудование: два проволочных сопротивления, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, источник тока, соединительные провода.

Выполнение работы:

1. Определить цену наименьшего деления электроизмерительных приборов и записать в отчете.

2. Собрать цепь согласно изображенной схеме, установив реостат на максимальное сопротивление. Включать цепь только после проверки ее преподавателем.

3. Включить цепь, измерить силу тока.

4. Измерить напряжение U на участке цепи, содержащем оба сопротивления.

5. Измерить напряжения U₁ и U₂ на отдельных сопротивлениях, включая вольтметр, как указано пунктиром на схеме. Данные занести в таблицу.

I А	U В	U1 B	U2 B	U1+U2 B	R Ом	R1 Ом	R2 Ом	R1+R2 Ом

6. Вычислить сумму U₁ +U₂ напряжений на отдельных сопротивлениях и сравнить её с измеренным значением U.

7. Вычислить величины сопротивлений R₁ и R₂ и сопротивление R всего участка с последовательным соединением R₁= , R₂= , R= . Сравнить величины суммы R₁+R₂ и R.

8. Определить отношения и и сравнить их величины.

9. Сделать выводы из полученных результатов.

Контрольные вопросы:

1.Как соединены потребители электроэнергии в квартире? Почему?

2.Как соединены лампочки в елочной гирлянде? Почему?

Лабораторная работа № 4

изучение параллельного соединения проводников

Цель работы: Проверить для параллельного соединения закономерности.I=I+I R=R+R I 2. R=R₁+R₂; 3. .

Оборудование: два проволочных сопротивления, реостат, амперметр, вольтметр, источник тока, соединительные провода.

Выполнение работы:

1. Определить цену наименьшего деления электроизмерительных приборов и записать в отчете.

2. Собрать цепь согласно изображенной схеме, установив реостат на максимальное сопротивление. Включать цепь только после проверки её преподавателем. Величину силы тока I в общей части цепи установить реостатом по указанию преподавателя и во время работы ее уже не менять.

3. Измерить напряжение U на участке цепи с параллельным соединением.

4. Переключая амперметр в положения, указанные на схеме пунктиром, измерить силы тока I₁ и I₂ на сопротивлениях R₁ и R₂. Вычислить суммуI₁ + I₂ и сравнить её с силой тока I в общей части цепи.

5. Вычислить величину сопротивления R₁ и R₂: R₁= R₂=

6. Вычислить величину сопротивления участка цепи с параллельным соединением

R = .

7. Вычислить величины, обратные сопротивлениям , , . Сравнить сумму + с величиной .

8. Вычислить отношения и и сравнить их.

9. Результаты измерений и вычислений записать в таблицы 1 и 2. Под таблицами записать все вычисления.

Таблица 1

I А	U В	I1 А	I2 А	I1+I2 А	R Ом	R1 Ом	R2 Ом

Таблица 2

			+