Физика
Лабораторный практикум для студентов 1 курса
Методические указания к лабораторным работам
Составитель:
преподаватель физики
Кантерина Наталья Александровна
Санкт-Петербург
Содержание
Введение
Особенности организации лабораторных работ
При постановке всех опытов студенты должны соблюдать правила техники безопасности. Незнание правил техники безопасности могут повлечь за собой несчастные случаи. Лица, не прошедшие инструктаж по соблюдению правил техники безопасности, к работе в лаборатории не допускаются. Приступать к выполнению лабораторных работ без разрешения преподавателя категорически запрещается.
Будьте внимательны, дисциплинированы, осторожны, точно выполняйте указания преподавателя. Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном преподавателя. Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания.
После выполнения эксперимента, обработки, анализа полученных результатов и ответа на контрольные вопросы преподаватель комплексно производит оценку работы.
Каждое задание в пособии снабжено условным обозначением:
А – выполните задание в аудитории;
Đ – выполните задание дома.
Этапы выполнения лабораторной работы
Выполнение каждой лабораторной работы, предусматривает следующие этапы:
| Название этапа | Содержание этапа | Место проведения |
| Теоретическая подготовка | Изучение описания лабораторной работы в целях ознакомления с порядком выполнения работы. | Đ |
| Наблюдения и измерения | Эксперимент. Необходимы знания методов измерений. Работа требует должного внимания и аккуратности при снятии показаний и записи результатов измерений. | А |
| Обработка результатов измерений | Представление результатов в наглядной форме и их математическая обработка. | Đ. |
| Отчет о выполнении работы | Оформляется индивидуально каждым студентом в тетради согласно требованиям. | Đ |
| Защита выполненной работы | Представление преподавателю результатов эксперимента, оформленных в соответствии с требованиями. Ответ на выбранные контрольные вопросы. | А |
Требования к оформлению лабораторной работы
В отчёте обобщаются результаты всех предыдущих этапов выполнения работы. Поэтому в нем обязательно должны быть указаны:
1) название работы;
2) цели и задачи работы;
3)оборудование;
4) схема или рисунок экспериментальной установки;
5) теоретические обоснования;
6) заполненные таблицы результатов измерений;
7) математическая обработка результатов измерений;
8) анализ полученных результатов и выводы.
Лабораторная работа №1
«Исследование движения тела под действием постоянной силы».
Цель работы: доказать, что движение тела по наклонной плоскости под действием постоянной силы – равноускоренное, вычислить ускорение, проанализировать экспериментальное задание.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, в лапке укреплён наклонный жёлоб; в жёлобе располагается упор в виде металлического цилиндра; шарик; секундомер; линейка.
Схема установки
Рисунок 1.1.Установка для исследования движения тела под действием постоянной силы.
Рисунок 1.2. Силы, действующие на тело.
На тело действуют 3 силы. Если геометрическая сумма сил больше нуля, тело движется с ускорением.
Согласно второму закону Ньютона 
Теоретические обоснования:
Известно, что шарик скатывается по прямолинейному наклонному желобу равноускорено.
При равноускоренном движении без начальной скорости пройденное расстояние определяется по формуле:
(1),
Откуда
(2).
Если измерить промежуток времени от начала движения шарика до его остановки при ударе о цилиндр и расстояние, пройденное им за это время, то по формуле (2) мы вычислим ускорение шарика.
Начальное положение шарика отмечается мелом. Расстояние s, пройденное им до остановки, измеряют линейкой.
Составим таблицу, состоящую из шести столбцов, каждый из которых необходимо заполнить.
Таблица 1.
| Номер опыта | Расстояние S, м | Время движения t,с | Ускорение,
a, 
| Ускорение среднее
aср,
|
Порядок выполнения работы.
1. Укрепите желоб с помощью штатива в наклонном положении под небольшим углом к горизонту. У нижнего конца желоба положите в него металлический цилиндр.
2. С помощью линейки определите длину перемещения шарика S.
3. Пустив шарик с верхнего конца желоба, измерьте время t до столкновения шарика с цилиндром. Повторите опыт 3 раза.
4. Измените наклон жёлоба с помощью штатива. Повторите действия пунктов 1, 2, 3.
5. Вычислите ускорение 
, с которым он скатывается, по формуле (2) для каждого опыта.
6. Произведите расчеты среднего значения модуля ускорения по формуле:
.
7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
8. Сделайте выводы.
Контрольные вопросы
1. Какое движение называется равномерным (равноускоренным)?
2. Что такое скорость, ускорение?
3. К какому виду движения относится движение шарика по наклонному желобу?
4. Под действием каких сил шарик скатывается по наклонному желобу? Покажите силы, действующие на шарик, на чертеже.
5. Запишите кинематическое уравнение равноускоренного движения.
6. Зависимость от времени координаты точки, движущейся вдоль оси х, имеет вид: х = 2 – 10t – 3t2. Опишите характер движения. Каковы начальная скорость и ускорение?
Лабораторная работа №2
«Изучение траектории движения тела в поле силы тяжести»
Цель: практическое изучение видов траекторий движения тела в поле силы тяжести; исследование зависимости дальности полета тела, брошенного горизонтально, от начальной скорости, с которой оно брошено.
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, в лапке укреплён наклонный жёлоб; шарик; секундомер; линейка; ящик с песком.
Схема установки:
Рисунок 2.1. Установка для изучения траектории движения тела в поле силы тяжести.
Теоретические обоснования:
Если на тело действует только сила тяжести, то тело совершает свободное падение. Вид траектории движения зависит от направления и модуля начальной скорости. При этом возможны следующие случаи движения тела:
1.Если начальная скорость тела равна нулю или параллельна силе тяжести, тело совершает прямолинейное свободное падение.
2.Если начальная скорость направлена перпендикулярно силе тяжести, тело будет двигаться по ветви параболы.
3.Если начальная скорость тела направлена под углом к силе тяжести, то тело будет двигаться по параболе.
Рассмотрим первый вид движения – движение тела по вертикали.
При свободном падении тела с небольшой высоты h0 от поверхности Земли с начальной скоростью υ0 оно движется с постоянным ускорением g = 9,8 , направленным вертикально вниз. Для описания этого движения выбирают вертикальную координатную ось Оу.
Уравнение движения: 
(1)
Время падения с высоты h без начальной скорости(υ0=0): 
(2)
|
Рассмотрим второй вид движения – движение тела, брошенного горизонтально с некоторой высоты.
Это движение можно разложить на два независимых движения: равномерное прямолинейное, происходящее в горизонтальном направлении со скоростью υх, равной начальной скорости бросания υ0 (υх = υ0), и свободное падение с высоты, на которой находилось тело в момент бросания, с ускорением g. Для описания этого движения выбирают прямоугольную систему координат хОу. Траекторией движения является ветвь параболы.
Уравнение движения: 
, 
(3)
Высота, с которой брошено тело: 
(4)
|
(5)
Рассмотрим третий вид движения – движение тела, брошенного под углом к горизонту.
Данное движение также можно разложить на два независимых движения: равномерное прямолинейное, происходящее в горизонтальном направлении с начальной скоростью 
= 
·cosα и свободное падение с начальной скоростью 
= ·sinα, где α - угол между направлениями вектора скорости и осью Ох. Траекторией такого движения является парабола.
Уравнение движения: 
, 
(6).
|
Составим таблицу для занесения данных.
Таблица 2.1.
| № | Высота h, м | Дальность полёта l, м | Время движения t,с | Средняя дальность полёта, lср, м | Среднее время движения tср, с | Расчетное время движения tр, с | Начальная скорость
 , м/с
|
Таблица 2.2.
| Номер опыта | Высота h, м | Время движения t,с | Среднее значение времени tср,с | Расчетное время движения tр, с |