Профильный эксперимент для гос экзаменов

Билет № 04. Лабораторная работа «Определение фокусных расстояний линз».

Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. ... – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.

Цель работы: определить фокусные расстояния собирающей и рассеивающей линз.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплект по оптике, линейка измерительная, источник тока, электрическая лампа, ключ, соединительные провода, экран.

Вывод расчетных формул

Получив с помощью собирающей линзы изображение светящегося предмета на экране (рис. 1) и измерив расстояние dот линзы до предмета и расстояние f до изображения, по формуле линзы

можно вычислить фокусное расстояние F

.

Рис. 1. 

Рассеивающая линза дает только мнимое изображение, которое невозможно получить на экране, т.е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую линзу, которая должна быть собирающей.

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение S' источника света на экране, поставим между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается (рис. 2). Новое положение изображения S" можно найти перемещением экрана.

Рис. 2.

Используя свойство обратимости световых лучей, можно принять, что световые лучи выходят из точки S", а в точке S' получается изображение точки S".

Обозначив расстояния от точек S" и S' до рассеивающей линзы соответственно через dи f, запишем формулу тонкой линзы с учетом правила знаков:

Откуда для фокусного расстояния линзы получим:

Порядок выполнения работы

1. Для определения фокусного расстояния собирающей линзы установите на столе источник света, вставьте в его окно рамку с отверстием в виде стрелки. При включении источника света в сеть стрелка в окне прибора должна светиться.

2. Поставьте между окном источника света и экраном собирающую линзу. Перемещая линзу и экран, найдите такое их положение относительно окна в источнике света, при котором на экране получается четкое изображение стрелки.

3. Измерьте расстояние от окна прибора до линзы и от линзы до экрана. Вычислите фокусное расстояние линзы.

4. Измените расстояние от линзы до источника света. Передвигая экран, получите резкое изображение стрелки на экране. Измерьте расстояния от линзы до экрана и от линзы до источника света. Вычислите фокусное расстояние линзы.

5. Поверните линзу к окну и получите на экране изображение далеких предметов за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана и сравните его с полученными ранее значениями фокусного расстояния линзы.

6. Оцените границы погрешностей в определении фокусного расстояния линзы и сделайте вывод о том, согласуются ли между собой результаты трех опытов по определению фокусного расстояния линзы.

Таблица измерений и вычислений

1. С помощью собирающей линзы получите на экране действительное изображение нити лампы.

2. Поставьте между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Измерьте расстояние f от экрана до рассеивающей линзы.

3. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране четкое изображение нити. Измерьте расстояние dот экрана до рассеивающей линзы. Вычислите фокусное расстояние линзы.

4. Рассчитайте границы относительной погрешности измерения фокусного расстояния.

Таблица измерений и вычислений

Билет № 07. Лабораторная работа «Проверка закона Шарля».

Жилко В. В. Физика: Учеб. пособие для 11-го кл. … – Мн.: Нар. асвета, 2002. – 382 с.

Цель работы: экспериментальная проверка закона Шарля.

Приборы и принадлежности: узкая стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 300–400 мм и диаметром 8–10 мм, цилиндрический сосуд высотой 400 мм и диаметром 40–50 мм, наполненный горячей водой (t ≈ 60 °С), сосуд с водой комнатной температуры, пластилин, линейка измерительная с миллиметровыми делениями, термометр, штатив.

Вывод расчетной формулы

Для проверки закона Шарля измерим объем и температуру одного и того же количества газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить правильность равенства

Объем V₁ = S∙l₁, а V₂ = S∙l₂, где S– площадь поперечного сечения трубки, l₁и l₂ – длины столбов газа, соответственно, в первом и втором его состояниях. Считая Sнеизменной, получим

Порядок выполнения работы

Измерьте длину l₁стеклянной трубки. Результаты измерений занесите в таблицу.

Поместите трубку открытым концом вверх на 3–5 мин в цилиндрический, сосуд с горячей водой t₁≈  60°C(рис. 1, а).

Рис. 1. 

Измерьте температуру воды Т₁в трубке. Результат измерений занесите в таблицу.

4. Плотно залепите открытый конец трубки пластилином. Выньте трубку из сосуда с горячей водой и сразу же опустите ее в сосуд с водой комнатной температуры t₂ ≈ 20°С закрытым концом вниз (рис. 1, б). Под водой снимите пластилин.

По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После окончания подъема воды (рис. 1, в) объем воздуха в трубке станет V₂,а давление .

Для того чтобы давление воздуха в трубке стало атмосферным (p₀), необходимо опустить трубку в сосуд до такой глубины, чтобы уровни воды в трубке и сосуде были одинаковыми (рис. 1, г). Это и будет второй объем воздуха в трубке при температуре T₂. Измерьте температуру T₂ и высоту l₂ воздушного столба в трубке. Результаты измерений занесите в таблицу.

Эксперимент повторите несколько раз. Результаты измерений запишите в таблицу.

Вычислите средние значения: l_1ср,T_1ср, l_2ср, T_2ср. Запишите их в последней строке таблицы.

Рассчитайте отношения  и . Результаты вычислений запишите в последней строке таблицы.

10. Различие между теоретически ожидаемым  и экспериментально полученным  результатами позволяет оценить относительную погрешность экспериментального подтверждения закона Шарля

Таблица измерений и вычислений 

 

---

Билет № 09. Экспериментальное задание «Проверка законов преломления света».

Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. ... – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплект по оптике, лист белой бумаги, линейка, циркуль, карандаш, транспортир.

Вывод расчетных формул

В соответствии с законом преломления

где  αи β– углы падения и преломления, n₁и n₂ – показатели преломления первой и второй сред.

Считая показатель преломления воздуха равным единице, n₁»1, получаем

С помощью лабораторного комплекта по оптике падающий и преломленный лучи можно сделать видимыми и проводить прямые измерения углов падения и преломления.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь, присоединив лампочку к источнику постоянного тока через выключатель.

2. Установите источник света на столе, в окно прибора вставьте рамку со щелью. Щель должна быть расположена вертикально.

3. Замкните цепь и получите яркую, тонкую полоску света на бумаге (световой луч).

4. Наблюдайте явления преломления света при различных углах падения.

5. Если вам удается наблюдать одновременно на бумаге падающий и преломленный лучи, то можно говорить о выполнимости одного из законов преломления.

6. Зафиксируйте ход лучей с помощью булавок (рис. 1, а).

7. Выполните построение в соответствии с рисунком 1, б.

     

а

 

б 

Рис. 1. 

8.Измерьте отрезки АЕ и DCдля каждого опыта.

9. Сравните отношения  или  для каждого опыта. Если второй закон преломления выполняется, то эти отношения должны быть примерно верны для всех опытов.

Таблица измерений и вычислений

9. Сделайте вывод.

Билет № 10. Лабораторная работа «Определение центра тяжести тела».

Жолнеревич, И.И. Физика: учеб. пособие для 10-го кл. ... – Минск : Нар. асвета, 2007. – 263 с.

Цель работы: определить центр тяжести плоских тел различной формы.

Оборудование: штатив, тонкая спица, линейка, ученический треугольник, плоские тела различной формы: круг диаметром » 15 см, квадрат, картонные пластинки неправильной формы, отвес (гайка или шуруп на нити).

Вывод расчетных формул

Центром тяжести называется точка приложения силы тяжести к телу. Пусть плоское тело подвешено (например, на спице) в какой-либо точке так, чтобы оно могло свободно вращаться вокруг этой точки (рис. 1, а). При отклонении тела от положения равновесия оно возвращается в это положение, совершив несколько колебаний.

Рис. 1.

На тело действуют две силы: реакция подвеса  и сила тяжести . Если тело вернулось в положение равновесия и больше не вращается относительно точки подвеса, то алгебраическая сумма моментов этих сил равна нулю: М₁ + М₂ = 0. Момент силы реакции М₁ относительно точки подвеса равен нулю, так как равно нулю плечо силы реакции.

Следовательно, момент силы тяжести М₂ относительно точки подвеса также равен нулю, т.е. линия, вдоль которой направлена сила тяжести тела, пересекает точку подвеса. Поскольку сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, то центр тяжести тела лежит на вертикальной линии, проходящей через точку подвеса тела.

Порядок выполнения работы

1. В трех местах плоского тела в форме круга спицей проткните отверстия. Укрепите в лапке штатива спицу.

2. Подвесьте поочередно тело на спицу через разные отверстия О₁, О₂, О₃ (рис. 1, б). После того как тело займет положение равновесия, подвесьте на спицу отвес и проведите вдоль нити вертикальную линию. Точка пересечения трех вертикальных линий определит положение центра тяжести тела. Убедитесь, что эта точка является центром круга.

3. Повторите задания 1 и 2 для плоского тела квадратной формы и сделайте вывод о положении центра тяжести однородных симметричных тел.

4. Найдите центр тяжести плоского тела произвольной формы.

 

---

Билет № 14. Лабораторная работа «Определение жесткости пружины».

Жолнеревич, И.И. Физика: учеб. пособие для 10-го кл. ... – Минск : Нар. асвета, 2007. – 263 с.

Цель работы: определить жесткость пружины.

Оборудование: штатив, динамометр со шкалой, закрытой миллиметровой бумагой, набор грузов известной массы.

Вывод расчетных формул

Если к пружине с начальной длиной L₀ (pис. 1) подвесить груз массой т,то под действием веса груза пружина удлиняется. Если новая длина пружины L,то абсолютное удлинение: x = L–L₀.

Груз, подвешенный на пружине, покоится. Согласно второму закону Ньютона результирующая двух сил, действующих на него, – силы тяжести  груза и силы упругости  пружины – равна нулю: . Следовательно, модули этих сил равны:

m∙g = F.                                              (1)

По закону Гука . Отсюда жесткость пружины можно определить по формуле:

Порядок выполнения работы

1. Соберите установку согласно рисунку 1, закрыв шкалу динамометра миллиметровой бумагой.

Рис. 1.

2. Отметьте на бумаге положение стрелки указателя ненагруженной пружины черточкой с цифрой 0.

3. Подвесьте к пружине один груз массой т₁и отметьте положение стрелки-указателя черточкой с цифрой 1. Измерьте расстояние между цифрами 0–1. Это и есть абсолютное удлинение пружины х₁ под действием веса груза. Повторите измерения х₁ не менее 3 раз. Данные занесите в таблицу, вычислите .

4. Выполните пункт 3, подвесив к пружине поочередно 2, 3, 4 груза. Определите соответствующие абсолютные удлинения пружины х₂, х₃, х₄. Занесите данные в таблицу. Вычислите

5. Используя метод подсчета цифр, рассчитайте силу упругости пружины по формуле (1) при подвешивании одного, двух, трех и четырех грузов (g = 9,81 м/с²). Занесите данные расчетов в таблицу.

6. Для нахождения среднего значения жесткости пружины  постройте график зависимости модуля силы упругости от абсолютного удлинения при различном количестве грузов.

7. Выбрав точку С на графике так, чтобы соответствующие этой точке графика значения силы F_cи удлинения х_с были по возможности большими, но не выходили за интервалы измерения модуля силы, определите среднее значение :

Билет № 16-3(8). Лабораторная работа «Измерение  удельной теплоемкости».

Исаченкова Л.А. Физика: Учеб. пособие для 8-го кл. ... – Мн.: Нар. асвета, 2004. – 183 с.

Цель: научиться определять удельную теплоемкость вещества.

Оборудование: термометр лабораторный, калориметр, мензурка, колба с водой, весы, разновес, цилиндр металлический с нитью (или крючком) (рис. 1), фильтровальная бумага, сосуд с кипящей водой (один на класс).

Рис. 1. 

Ход работы

I. Приборные измерения и вычисления

1)Налейте в калориметр 150 мл воды комнатной температуры. Измерьте и запишите в отчет температуру t₁и массу т₁этой воды.

2) Подойдите с калориметром к столу учителя и, получив из кастрюли с кипящей водой цилиндр на нитке, сразу же погрузите его в калориметр.

3) На рабочем месте опустите в калориметр с погруженным телом термометр и, перемешивая им воду, наблюдайте за повышением ее температуры.

4) Когда температура воды в сосуде перестанет расти, запишите в отчет значение окончательно установившейся температуры t₃.

5) Определите и запишите изменение температуры воды Δt₁= t₃ – t₁и изменение температуры исследуемого цилиндра Δt₂ = t₃ – t₂,где t₂– температура кипения воды.

6) Достаньте цилиндр из калориметра и, промокнув его фильтровальной бумагой, определите на весах его массу т₂.

7) По формуле  где с₁ – удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг∙°С), найдите количество теплоты, полученное водой.

8) Считая, что отданная металлическим цилиндром теплота Q₂равна по модулю полученной водой теплоте Q₁, используйте формулу  и найдите удельную теплоемкость вещества цилиндра:

---

Билет № 16-3(11). Лабораторная работа «Измерение  удельной теплоемкости».

Цель работы: измерение удельной теплоемкости вещества.

Приборы и принадлежности: термометр лабораторный, калориметр, колба с водой, весы, разновес, цилиндр металлический на нити, сосуд с горячей водой t  ≈ 80 – 90 °С (общий для класса на столе учителя).

Порядок выполнения работы

1. Взвесьте внутренний стакан калориметра. Не снимая его с чашки весов, налейте в калориметр m₁ = 100–150 г воды комнатной температуры. Измерьте температуру воды (t₁)в калориметре. Значения массы воды m₁и калориметра т₂и их начальную температуру t₁занесите в таблицу 1.

2. Взвесьте металлический цилиндр. Значение его массы (m₃) занесите в таблицу.

3. Опустите цилиндр на 2–3 минуты в сосуд с горячей водой. Измерьте ее температуру t₃(это и будет начальная температура цилиндра). Данное значение температуры занесите в таблицу 1.

4. Быстро достаньте металлический цилиндр из горячей воды температуры t₃и опустите его в калориметр с холодной водой температуры t₁.Измерьте установившуюся температуру t₂.Результаты измерений температуры t₂занесите в таблицу 1.

5. Эксперимент повторите несколько раз и рассчитайте средние значения: m_1ср, m_2ср, m_3ср, t_lcp,t_2cpи t_3cp.Запишите эти значения в последней строке таблицы  1.

6. Получите расчетную формулу. Для этого составьте уравнение теплового баланса и выразите из него удельную теплоемкость металлического цилиндра с_х.

7. По расчетной формуле, подставив в нее средние значения найденных в пункте 6 величин, найдите удельную теплоемкость с_х.Полученный результат занесите в последнюю строку таблицы 1. 

Таблица 1 измерений и вычислений

Таблица 2 измерений и вычислений

8. Определите по справочнику, что это за вещество.

9. Погрешности Δm₁, Δm₂, Δm₃, а также Δc₁, c₂ малы, так как значения теплоемкостей берутся из справочника, поэтому ими можно пренебречь. Тогда для оценки относительной погрешности измерений можно использовать формулу

Результат вычислений запишите в таблицу 2.

10. Рассчитайте абсолютную погрешность измерения удельной теплоемкости

и запишите полученный результат в таблицу 2.

11. Запишите результат измерения удельной теплоемкости в виде:

Билет № 17. Лабораторная работа «Проверка условия равновесия рычага».

Исаченкова Л.А. Физика: Учеб. пособие для 8-го кл. ... – Мн.: Нар. асвета, 2004. – 183 с.

Цель: опытным путем проверить условие равновесия рычага.

Оборудование: рычаг съемный с осью, штатив, набор грузов массой 100 г, динамометр.

Ход работы

1)Установите на высоте 20–30 см рычаг-линейку с проволочными петельками и крючками. С помощью регулировочных винтов расположите рычаг горизонтально.

2) Подвесьте на один из крючков два, а на другой – один груз (рис. 1). Передвигая петельки, добейтесь горизонтального положения рычага.

Рис. 1. 

3) Измерьте плечо левой силы (веса двух грузов) и плечо правой силы (веса одного груза), вычислите отношение этих плеч и сравните его с отношением сил.

4) Определите моменты сил и сравните их между собой.

5) Придерживая рычаг рукой, передвиньте петельку с двумя грузами влево примерно на 4–5 см. Рычаг выйдет из равновесия. Зацепите динамометр за один из свободных крючков (выберите самостоятельно) и снова добейтесь горизонтального положения рычага. Запишите показания динамометра.

6) Определите моменты всех трех сил.

7) Сделайте выводы об условии равновесия рычага в данном случае.