Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 181.63 Kb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА Ознакомьтесь с теорией в конспекте и в учебниках: 1. Трофимова Т.И. Курс физики. Гл. 22, §174; 2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Гл. 31,§ 31.3. Запустите программу «Открытая физика 1.1». Выберите «Оптика» и «Кольца Ньютона». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз). ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ: Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона. Они наблюдаются при отражении света от воздушного зазора, образованного плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны (рис.1).  Рис.1 Если на линзу падает пучок монохроматического света, то световые волны, отражённые от верхней и нижней поверхностей воздушной прослойки, будут интерферировать между собой. При этом образуются интерференционные полосы, имеющие форму концентрических светлых и тёмных колец, убывающей ширины. В отражённом свете оптическая разность хода с учётом потери полуволны будет равна  , (1)где d- толщина воздушного зазора. Из рис.1 следует, что  . (2)Учитывая, что d2 является величиной второго порядка малости, то из (2) получим  . (3)Следовательно,  . (4)В точках, для которых оптическая разность хода равна  , (5)возникают тёмные кольца. Из формул (4) и (5) радиус k-ого тёмного кольца будет равен  (6)Формула (6) позволяет определить радиус кривизны линзы  .Вследствие деформации стекла, а также наличия на стекле пылинок невозможно добиться плотного примыкания линзы и пластины в одной точке. Поэтому при определении радиуса кривизны линзы пользуются другой формулой, в которую входит комбинация из двух значений радиусов интерференционных колец rm и rn, что позволяет исключить возможный зазор в точке контакта линзы и стеклянной пластины:  . (7)МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ 1. Внимательно рассмотрите окно опыта, показанное на рисунке 2, и зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы. 2. Зацепите мышью движок регулятора длины волны монохроматического света и установите первое значение длины волны из таблицы 1 для вашей бригады. Аналогичным образом установите первое значение радиуса кривизны линзы R. ВНИМАНИЕ! Цель работы - проверить соответствие установочного значения радиуса кривизны линзы и рассчитанного по формуле (7).   Рис.2 3. По формуле  и указанному значению r1 в правом нижнем прямоугольнике окна опыта рассчитайте значения радиусов 3, 4, 5 и 6-ого тёмных колец Ньютона и запишите эти значения в таблицу 2.4. По формуле (7) для m1 = 3 и n1 = 5 и m2 = 4 и n2 = 6 рассчитайте радиусы кривизны линзы R1 и R2 и запишите эти значения в табл.2 . 5. Установите мышью вторые значения радиуса кривизны линзы и длины волны из таблицы 1 и выполните измерения п.п. 3 и 4. 6. Проанализируйте полученные результаты и оцените погрешность проведённых измерений. Таблица 1. Значения длины волны и радиуса кривизны линзы.
Таблица 2. Результаты измерений и расчетов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.17 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА С КОНДЕНСАТОРОМ Ознакомьтесь с теорией в конспекте и в учебниках 1. Трофимова Т.И. Курс физики. Гл.11, §94. 2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Гл.16, §16.3. Выберите: «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ» и «Конденсаторы в цепях постоянного тока». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и запишите основные сведения в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ: ПЕРЕХОДНЫМ ПРОЦЕССОМ называется процесс перехода от одного установившегося в цепи режима к другому. Примером такого процесса является зарядка и разрядка конденсатора. В ряде случаях законы постоянного тока можно применять и к изменяющимся токам, когда изменение тока происходит не слишком быстро. В этих случаях мгновенное значение силы тока будет практически одно и то же во всех поперечных сечениях цепи. Такие токи называют квазистационарными РАЗРЯДКА КОНДЕНСАТОРА. Если обкладки заряженного конденсатора ёмкости С замкнуть через сопротивление R, то через это сопротивление потечёт ток. Согласно закону Ома для однородного участка цепи IR=U, где I и U – мгновенные значения силы тока в цепи и напряжения на обкладках конденсатора. Учитывая, что  и  , преобразуем закон Ома к виду (1)В этом дифференциальном уравнении переменные разделяются, и после интегрирования получим закон изменения заряда конденсатора со временем  , (2)где q0 - начальный заряд конденсатора, е - основание натурального логарифма. Произведение RC, имеющее размерность времени, называется время релаксации . Продифференцировав выражение (2) по времени, найдём закон изменения тока:  , (3)где I0 - сила тока в цепи в момент времени t = 0. Из уравнения (3) видно, что есть время, за которое сила тока в цепи уменьшается в е раз. МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ: 1.Соберите на рабочей части экрана замкнутую электрическую цепь, показанную на рис. 1  Рис.1 Для этого сначала щёлкните мышью на кнопке  э.д.с., расположенной в правой части окна эксперимента. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки, и щёлкните маркером мыши в виде вытянутого указательного пальца в том месте, где должен быть расположен источник тока. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора э.д.с., нажмите на левую кнопку мыши, удерживая её в нажатом состоянии, меняйте величину э.д.с. и установите 10 В. Аналогичным образом включите в цепь 4 других источника тока. Суммарная величина э.д.с. батареи должна соответствовать значению, указанному в таблице 1 для вашей бригады. Таким же образом разместите далее на рабочей части экрана 7 ламп Л1-Л7 ( кнопка  ), ключ К (кнопка  ), вольтметр (кнопка  ), амперметр (кнопка  ), конденсатор (кнопка  ). Все элементы электрической цепи соедините по схеме рис.1 с помощью монтажных проводов (кнопка  ).2. Щёлкните мышью на кнопке «Старт». Должна засветиться лампа Л7, а надпись на кнопке измениться на «Стоп». Курсором мыши замкните ключ К. 3. После установления в цепи стационарного тока ( должны погаснуть лампы Л5 и Л6 и светиться лампы Л1-Л4) запишите показания электроизмерительных приборов. в таблицу 2 4. Нажмите на кнопку «Стоп» и курсором мыши разомкните ключ К. 5. Двумя короткими щелчками мыши на кнопке «Старт» запустите и остановите процесс разрядки конденсатора. Показания амперметра будут соответствовать начальному току разрядки конденсатора I0. Запишите это значение в таблицу 3. 6. Вновь замкните ключ, зарядите конденсатор и повторите п.п. 5,6 ещё 4 раза. 7. Для каждого опыта рассчитайте I= I0/2,7- силу тока, которая должна быть в цепи разрядки конденсатора через время релаксации и запишите эти значения в таблицу 3. 8. При разомкнутом ключе нажатием кнопки «Старт» запустите процесс разрядки конденсатора и одновременно включите секундомер. 9. Внимательно наблюдайте за изменением показаний амперметра в процессе разрядки конденсатора. Остановите секундомер и синхронно нажмите кнопку «Стоп» при показании амперметра, равном или близким к I. Запишите это значение времени 1 в таблицу 3. 10. Проделайте опыты п.п.8, 9 ещё 4 раза. Таблица 1. Суммарное значение э.д.с. батареи 5 источников тока.
Таблица 2. Определение сопротивления лампы.
Таблица 3. Результаты измерений и расчётов.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ: 1.По закону Ома для участка цепи Л1-Л4:  и результатам измерений, приведённым в таблице 2, определите сопротивление одной лампы. 2. По формуле  (при разрядке конденсатора квазистационарный ток протекает по 6 последовательно соединённым лампам) определите ёмкость конденсатора и запишите эти значения в таблицу 3. 3. Рассчитайте погрешности измерений и сформулируйте выводы по результатам проделанной работы. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.7 ПОЛИТРОПИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС Ознакомьтесь с теорией в конспекте и в учебниках 1. Трофимова Т.И. Курс физики. Гл.9, §55. 2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Гл.9, §9.6. Выберите «Термодинамика и молекулярная физика» и «Работа газа». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и запишите основные сведения в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ: ПОЛИТРОПНЫМ называется процесс, в котором молярная теплоёмкость С остаётся постоянной. Уравнение политропического процесса имеет вид: рV n = const , (1) где n =  . (2)МОЛЯРНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТЬЮ называется физическая величина С, численно равная теплоте  , которую нужно сообщить одному молю вещества для изменения его температуры на 1К в рассматриваемом термодинамическом процессе:С =  , (3) (M- молярная масса, m- масса газа). Выражение (3) теперь можно записать в форме  . (4)или в интегральной форме  .Таким образом, если количество тепла, полученное в некотором термодинамическом процессе 12 при m = const, прямо пропорционально разности температур  , то теплоёмкость газа постоянна и процесс является политропическим.  . ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ для любого равновесного процесса изменения состояния идеального газа имеет вид  . (5)Тогда из уравнения (5) имеем: C = Cv +  . (6)Связь между объёмом газа и его температурой в политропном процессе можно найти из выражения (1) и уравнения Клапейрона – Менделеева  : .Дифференцируя последнее выражение, получим:  , .Тогда уравнение (6) примет вид:  .Учитывая, что  , где  показатель адиабаты, получим: . или  . (7)Таким образом, если термодинамический процесс идеального газа действительно является политропным, т.е. молярная теплоёмкость в ходе процесса не изменяется, то её величина рассчитывается по формуле (7). В настоящей работе используется модель одноатомного газа (i =3), поэтому в политропных процессах при n = 1 согласно выражению (7) молярная теплоёмкость С должна быть равна 16,6 Дж/мольК, а при n = 2, C = 15,2 Дж/мольК. Частными случаями политропного процесса являются: изотермический: n = 1, C = ; изобарический: n = 0, C = Cp; изохорический: n = , С = Сv; 4) адиабатический: n = , где =  , С = 0.МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:  В прямоугольном окошке «Функция» нажмите маркером мыши кнопку «Прямая». Подведите маркер мыши к выделенной левой точке графика р = f(V) на экране монитора, нажмите левую кнопку мыши, и, удерживая её в нажатом состоянии, переместите начало графика в точку с координатами (Р1,V1,Т1), взятыми из таблицы 1 для вашей бригады. Аналогичным образом переместите выделенную крайнюю правую точку графика в точку с координатами (Р20, V20). На мониторе щёлкните мышью кнопкув верхнем ряду кнопок, а в нижней части экрана кнопку «СТАРТ». Н   ажмите два раза кнопку в верхнем ряду кнопок и запишите в первый столбец таблицы 2 значения  Q и Т.Последовательно повторяя действия п.5 20 раз, заполните таблицу 2. В прямоугольном окошке «Функция» нажмите маркером мыши кнопку «Парабола», проделайте измерения п.п. 2-6 и запишите результаты опытов в табл.3. В прямоугольном окошке «Функция» нажмите маркером мыши кнопку «Экспонента», проделайте измерения п.п. 2-6 и запишите результаты опытов в табл.4. ТАБЛИЦА 1. Начальные и конечные параметры для трёх термодинамических процессов
ТАБЛИЦЫ 2,3,4. Результаты измерений температуры и количества выделения тепла в ходе термодинамического процесса расширения газа Табл.2, функция «прямая» Табл.3, функция «парабола» Табл.4, функция «экспонента»
 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА 1.Вычислите и запишите во вторую строку таблиц 2, 3, 4 разности температур TiT1. 3. На миллиметровой бумаге или на листе в клетку формата А4 постройте по экспериментальным точкам графики в виде линейной зависимости  от разности температур TiT1 для трёх исследуемых процессов. (Каждый график на отдельном листе!).4. По тангенсу угла наклона прямой линии графика к оси разности температур, используя формулу  , определите молярную теплоёмкость политропического процесса и сравните её с теоретическим значением, рассчитанным по формуле (7). 5. Рссчитайте работу газа в этих процессах по формуле  и сравните эти значения со значениями, указанными в нижнем окне монитора при p20 и V20 . Проанализируйте полученные результаты , сделайте оценку погрешности измерений. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
=
=
=
=
Q
Добавить документ в свой блог или на сайт
