Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине... 11 1122.96kb.
Методические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине... 4 710.57kb.
Методические указания к выполнению лабораторных и курсовых работ... 1 195.55kb.
Методические указания по выполнению реферативных работ по дисциплине... 1 396.11kb.
Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов... 5 642.55kb.
Методические указания по выполнению контрольных работ По курсу «Химия»... 8 743.33kb.
Методические указания по выполнению лабораторных работ: «Адсорбционная... 1 173.98kb.
Методические указания по выполнению лабораторных работ работ по дисциплине 1 661.19kb.
Методические указания по их выполнению для студентов, обучающихся... 1 239.17kb.
Методические указания к выполнению лабораторных работ и контрольные... 2 408.5kb.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине... 3 429.55kb.
Урок по теме: «Математический маятник» 1 52.65kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине - страница №1/3



Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Красноярский государственный аграрный университет»

Хакасский филиал


Кафедра Технологии производства и переработки

сельскохозяйственной продукции

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по дисциплине ЕН.Ф.03



«Физика»

для специальности

110401.65 - «Зоотехния»

Абакан 2007


Содержание
Лабораторная работа №1. Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника…….3

Лабораторная работа №2. Изучение законов свободного падения.......................................................................................7

Лабораторная работа №3. Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса………………………….11

Лабораторная работа №4. Изучение микроскопа и определение показателя преломление стекла с помощью микроскопа……………………………………………………………………………………………………………...………14

Лабораторная работа №5. Изучение распределение случайных величин на доске Гальтона…………………………..17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА
Цель работы: получить из маятника данной конструкции математический маятник и определить ускорение свободного падения с помощью математического маятника.

Приборы и принадлежности: установка для определения ускорения свободного падения, выпрямитель, ключ, секундомер.

ВВЕДЕНИЕ.





mg


М
Рис. 1
атематический маятник - это модель, которая представляет собой материальную точку, подвешенную на невесомой и нерастяжимой нити. Математическим маятником можно считать тело, подвешенное на тонкой мало деформируемой нити длинной, намного превышающей размеры тела. Если маятник отклонить (Рис.1) от положения равновесия на угол , а затем
предоставить самому себе, он будет совершать колебательное движение около положения равновесия. Это свободные колебания. В отсутствие трения свободные колебания вызываются равнодействующей двух сил: силы тяжести mg и силы натяжения Т (рис.1). Такие свободные колебания называют собственными. При малых углах отклонения () собственные колебания будут гармоническими:

(1)

Их можно описать уравнением движения вида:



(2)
где (3)
x - дуговое смещение от положения равновесия,

A - амплитуда,

L - длина маятника,

- циклическая частота.
Период такого маятника (4)

Теория метода и описание установки.

Если положение центра тяжести в математическом маятнике точно не известно, для определения ускорения свободного падения используют математический маятник переменной длины. Для 2-х длин такого маятника имеет из (4):



(5)
Период колебаний математического маятника определяют экспериментально по формуле:

(6)

где n - число колебаний за время t.

Если число колебаний взять одинаковым из(5) и (6), получим:

(7)

здесь и — время колебаний маятников длиной и , и - изменение длины математического маятника.

Для определения достаточно проследить за изменением положения любой точки маятника.

Математический маятник, используемый в этой работе - это тяжелый

металлический шарик 3, подвешенный на нити (см. рис.2). Маятник вмонтирован в деревянный корпус 2 со стеклянной дверкой. Длину нити можно изменять с помощью ручки 1. На задней стенке корпуса находится зеркало 5 со шкалой для отсчета изменения длины маятника, и металлическая нить 7. Фиксирующая максимальный угол отклонения маятника от положения равновесия.

В правую стенку корпуса вмонтирован электромагнит 4, который может перемещаться по вертикали и горизонтали и закрепляться нужном положении винтом 6. На этой же стенке имеются клеммы питания электромагнита (на рис.2 клеммы не указаны).

С помощью электромагнита шарик отклоняют от положения равновесия. Для этого электромагнит, переместив по вертикали, закрепляют на нужной высоте винтом 6. Затем, двигая стержень электромагнита внутрь корпуса 2, совпадают с шариком 3. Включив питание электромагнита, отклоняют шарик 3 от положения равновесия на необходимый угол, затем отключают питание электромагнита. При правильной установке электромагнита (стержень электромагнита параллелен задней стенке корпуса 2), шарик 3 будет колебаться в этой же плоскости.

Рис.2


Питание электромагнита осуществляют от сети -220 В через выпрямитель.

ЗАДАНИЯ:


1 .Получить математический маятник максимальной длины и измерить положение любой точки маятника (например, нижней точки маятника), наблюдая так, чтобы изображение этой точки в зеркале совпадало с самой точкой.

2.Измерить время 30-50 колебаний. Опыт повторить трижды. Каждый раз перед опытом проверять, будет ли плоскость колебаний маятника параллельна задней стенке корпуса.

3.Изменить длину маятника на 20-25 см.и повторить пункты 1 и2. все данные

измерения занести в таблицу. В скобках указать погрешность прибора.

4.Вычислить по формуле (7) ускорение свободного падения и оценить

погрешность измерения ускорения данным методом.

Указание:

I.Электромагнит включать на короткое время во избежание его перегрева.

II. После отключения отодвигать стержень электромагнита в крайнее правое положение (для исключения влияния остаточного магнетизма на колебания

маятника).






n( )

( )

( )

( )

t2( )

1

2

3


















среднее
















КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Какой маятник называется математическим?

2.Какие колебания называются гармоническими? Напишите закон смещения для гармонических колебаний и разъясните его.

3.Дайте определение периода, частоты, амплитуды и фазы колебаний.

4.Получите уравнение гармонических колебаний.

5.Как изменится период колебаний математического маятника, если опыт

провести на экваторе? На полюсе? Если стальной шарик заменить медным таких же размеров? Ответ пояснить.

Литература.

1.Савельев И.В. Курс общей физики, т.1, «Наука», М., 1977 г. § 54. 2.Стрелков СИ. Механика. «Наука», М., §§ 123,124.



ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

Цель работы: Изучить зависимость высоты от времени падения и представить её графически; определить ускорение свободного падения. Оборудование: установка для определения ускорения свободного падения

Введение

Свободным падением называют движение в вакууме под действием только силы тяжести. Ускорение тела в этой случае называют ускорением свободного падения. По второму закону Ньютона:



(1)

где Р - сила тяжести тела массой m.

Траектория, путь и скорость при свободном падении зависят от начальной скорости . При тело, находящееся на высоте h и представленное самому себе, движется по вертикали; путь (высота h) и конечная скорость его равны:

(2)

(3)

В общем случае значение g зависит от высоты h над поверхностью Земли и широты , Ускорение свободного падения на полюсе () максимально, а на экваторе ( ) минимально:



(4)
(5)

Здесь М, R и - соответственно масса, радиус и угловая скорость вращения Земли.

Относительное изменение g при переходе с полюса на экватор составляет примерно 0,3.% от g max.

Вследствие сплюснутости Земли g изменяется дополнительно с широтой

В итоге g изменяется от 9,780 м/с2 (на экваторе), до 9,832 м/с2 (на

полюсе). Для Абакана ( ) g = 9,82 м/с2.

Значение g = 9,81 м/с2 принято за стандартное.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ




Рис. 1
Установка для определения ускорения свободного падения (рис.1.) состоит из вертикальной штанги 1 с сантиметровой шкалой, счётчика, секундомера 2 и фотоэлектрического датчика 3, укрепленного на штативе. Штанга с помощью 2-х кронштейнов крепится к стене. К штанге при­креплены электромагнит 4 (для фиксации начального положения шарика 7) и шарикоприемник 5. Электромагнит можно перемещать вдоль штанги с помощью кронштейна 6. Взаимное расположение электромагнита 4 (его острия ) и штатива с датчиком 3 должно быть таким, чтобы шарик 7 при падении пересёк луч датчика.

Счетчик-секундомер позволяет производить отсчёт времени с точностью 0,01с. На передней панели счетчика-секундомера расположены:

8 - информационное световое табло;

ЭМ - гнёзда для подключения электромагнита 4;

Д 2 - гнездо для подключения датчика 3;


  1. - клавиша "Сеть" (для подключения напряжения на фотоэлектрический датчик и электромагнит);

  2. - клавиша "ПУСК" (для обесточивания электромагнита);

  3. - клавиша "СТОП" (для прекращения отсчета времени);

12 - клавиша «СБРОС» (для обнуления светового табло).

ЗАДАНИЯ


1. Приведите установку в рабочее состояние (используйте инструкцию "Правила работы с установкой для определения ускорения свободного падения ").

2. Измерьте время падения шарика с различных высот изменяя высоту, меняя положение электромагнита каждый раз на 20 см). Время падения с каждой высоты измерить не менее 3-х раз. Данные измерений занести в таблицу (в скобках указать погрешность прибора):



№ опыта

h( )

t

tср

t1

t2

t3

1
















2
















3
















4
















5
















  1. Постройте график зависимости h=f(t cp)2

  2. По данным графика и формуле, (2) вычислите g; сравните полученные значения g с табличным.

Контрольные вопросы.

  1. Описать устройство и принцип действия установки для определения ускорения свободного падения.

  2. Как изменится время падения тела, если опыт повторить на высоте 100 км? Установку перенести на полюс (на экватор)? Установку перенести на поверхность Луны? Почему?

  3. Является ли падение шарика в опыте свободным падением? Для этого ответа оценить в % отношение Fconp /mg для стального шарика, где

(формула Стокса)

кг/мс - коэффициент вязкости воздуха,

- скорость падения шарика (взять ср) r- радиус шарика

Найдите относительную погрешность измерения g для наименьшего значения h.

ЛИТЕРАТУР А:


  1. И.Б.Савельев. Курс общей физики, т.1, изд-во "Наука". М. ,1982, гл1 VI, §33

  2. Д.В. Сивухин. Общий курс физики, т. 1,изд-во"Наука", М.,1974. гл. IX, §66

  3. Е.М. Гершензон, Н.И. Малов. Курс общей физики, механика. "Просвещение", М, 1979, гл. 5 §2

Правила работы

с установкой для определения ускорения свободного падения.

1. Проверить работоспособность счётчика-секундомера:

а) подключив к секундомеру электромагнит 4 и датчик 3, включить секундомер в сеть;

б) нажать сначала на клавишу "СЕТЪ" (остальные клавиши должны быть в отжатом положении), а затем на клавишу "ПУСК" (при этом должен начаться отсчёт времени на табло 8);

в) прервать луч датчика рукой (отсчёт времени должен прекратиться);

г) нажать на кнопку "СБРОС" (табло 8 должен вернуться в исходное состояние);


  1. Вращая кронштейн 6 и перемещая штатив с датчиком, добиться правильного расположения электромагнита 4 относительно датчика 3 (использовать отвес 13; при правильном положении электромагнита на нити отвеса виден световой зайчик). Затем отодвинуть отвес.

  2. Нажать на клавишу "СЕТЬ" и повесить шарик 7 к электромагниту.

  3. Нажать на клавишу 4 «ПУСК» и снять показания со светового табло 8 (после прекращения отсчёта времени; причина последнего - пересечение светового луча датчика падающим шариком ).Если шарик прервёт луч, необходимо нажать последовательно на клавиши «СТОП» и "СБРОС", а затем повторить пункт 2.

  4. Сняв отсчёт времени, нажать на клавишу "СБРОС" (вернуть тем самым счетчик-секундомер в исходное состояние).

ВНИМАНИЕ: по окончании измерении все клавиши счётчика - секундомера должны быть в отжатом положении; прибор отключить от сети.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить коэффициент вязкости жидкости при комнатной температуре методом Стокса.

ОБОРУДОВАНИЕ:

1. Стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью;



  1. Свинцовые шарики;

  2. Микрометр;

  3. Секундомер;

  4. Линейка.

Предлагаемый метод является классическим абсолютным методом определения коэффициента вязкости жидкости. Метод заключается в наблюдении за установившемся движением (падением) твердого шарика в безгранично вязкой жидкости под действием постоянной силы - силы тяжести.

На падающий в покоящейся жидкости шарик действуют три силы: сила тяжести Р, выталкивающая сила Архимеда Fa и сила сопротивления Fc, обусловленная вязкостью жидкости. Последняя определяется формулой Стокса. По Стоксу



(1)

где коэффициент вязкости жидкости;



r - радиус шарика;

- скорость движения шарика относительно сосуда, равная скорости взаимного перемещения слоев жидкости прилегающих к шарику.

Следовательно, F - сила внутреннего трения между слоями жидкости, тормозящая движение шарика (но не сила трения шарика о жидкость).

Формула (1) справедлива для равномерного (установившегося) движения с небольшими скоростями (Число Рейнольдса 1). Сила F непосредственно не измеряется, поэтому рассмотрим сумму (результирующую) всех сил, действующих на шарик в направлении его движения. По закону Ньютона:

При установившемся движении () силы уравновешиваются. Условие равновесия при установившемся движении

или (2)

известно, что



и

где - плотность жидкости;



- плотность материала шарика;

- объем шарика.

Подставим выражение для в условие (2) находим формулу для коэффициента вязкости:



(3)

Отсюда рабочая формула:



(4)

Здесь учли, что при равномерном движении



где - диаметр шарика;



- расстояние, которое шарик проходит за время t.

В качестве берется расстояние между двумя метками на цилиндре с жидкостью. Этот участок выбирается в средней части цилиндра, где движение шарика должно быть установившимся. Более точная формула для определения коэффициента вязкости имеет вид:



(5)

Здесь учтено влияние стенок цилиндра, т.е. учтена не безграничность жидкости.



- диаметр цилиндра.

Шарик должен двигаться вдоль оси цилиндра. При можно пользоваться формулой (4). Сравнивая формулы (4) и (5) имеем:




ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

  1. Изучить приборы и научиться работать с ними.

  2. Отобрать 3 - 4 одинаковых шарика, измерить их диаметры.

  3. Провести опыт с каждым шариком, результаты которого занести в таблицу.

  4. Найти по формуле (4) значение для и определить .

  5. Вычислить погрешность измерений.

Таблица

№№ пп



















1



















2








































4



















Среднее значение



















КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. В чем на практике проявляется явление вязкости жидкости?

  2. Что такое сила Архимеда?

  3. При каких условиях применяется формула Стокса и рабочие формулы (4) и (5)?

  4. Изобразить на рисунке все три силы, действующие на шарик на двух соответствующих участках движения шарика: 1) от поверхности жидкости до верхней метки на цилиндре; 2) между метками.

  5. Физический смысл и единицы измерения коэффициента вязкости.

  6. Какова молекулярная природа вязкости жидкости?

следующая страница >>



Порнография — это инструкция, насилие — практика. Глория Стайнем
ещё >>