Волков А.Ф., Лумпиева Т.П. Лабораторный практикум по физике

Подождите немного. Документ загружается.

Механика Описания лабораторных работ

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка представляет собой технический угломер,

на котором нанесена шкала с делениями, позволяющая измерять угол отклоне-

ния от вертикали. Поверхность угломера, по которой перемещаются тела, вы-

полнена из стали. Коэффициент трения определяется для трех пар тел.

Тела представляют собой прямоугольные параллелепипеды, изготовлен-

ные соответственно из стали, алюминия и бронзы. На телах нанесены риски, по

положению которых замеряются углы.

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

В чем состоит цель работы?

Какой измерительный прибор используется при выполнении данной рабо-

ты?

Какие физические величины Вы будете измерять непосредственно (прямые

измерения)?

По какой формуле Вы будете рассчитывать коэффициент скольжения? По-

ясните смысл обозначений.

Выполнение работы

1. Поместить первое тело m

на шкале угломера, отклонив его от положения

равновесия на некоторый угол α. Тело удерживать рукой. Отпустить тело и

предоставить ему возможность двигаться без начальной скорости вдоль по-

верхности цилиндра до остановки. Отпустив тело несколько раз, подобрать

такое значение угла α, при котором тело пройдет положение равновесия и

остановится на некоторой высоте h

, не совершая колебаний.

Записать в протокол значение угла α. Выполнить 5 измерений угла β для

данного тела при выбранном угле α.

Выполнить измерения согласно п.1-2 для тел m

и m

, изготовленных из

других материалов.

Оформление отчета

1. Расчеты

1. Рассчитать коэффициент трения скольжения по результатам каждого опыта

по формуле (9).

Найти среднее арифметическое значение коэффициентов трения для каждой

пары материалов.

Рассчитать абсолютную погрешность определения коэффициента трения

скольжения для каждой пары материалов как для прямых измерений.

Рассчитать относительную погрешность измерений.

Описания лабораторных работ Механика

5. Окончательный результат для каждой пары материалов записать в виде:

ср

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

Что называется трением? В чем причина его появления?

Запишите формулу, по которой рассчитывается сила трения?

От чего зависит коэффициент трения скольжения?

Приведите примеры «полезного» и «вредного» действия сил трения.

Какой вывод можно сделать из результатов работы?

Механика Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №23

Выполнил(а)_____________________ Группа__________________

Материалы, из которых изготовлены тела:

−________________; −_________________; −__________________;

Материал поверхности цилиндра – сталь.

Сталь − Сталь − Сталь −

№

п/п

α,

град

β,

град

α,

град

β,

град

α,

град

β,

град

Среднее значение

Дата________ Подпись преподавателя___________________

Описания лабораторных работ Молекулярная физика

Лабораторная работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО

РАСШИРЕНИЯ МЕТОДОМ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Цель работы: Определить коэффициент линейного расширения твёрдых

тел.

Приборы и принадлежности: прибор для определения линейного расши-

рения тел, индикатор, штангенциркуль, термометр, металлические и стеклян-

ный стержни, пробирка с держателем.

Общие положения

Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров и

объемов тел, происходящих при повышении их температуры. Линейное тепло-

вое расширение характерно для твердых тел. Объемное тепловое расширение

происходит как в твердых телах, так и в жидкостях.

Линейное тепловое расширение характеризуется коэффициентом линей-

ного расширения (средним коэффициентом линейного расширения) α в данном

интервале температур. Экспериментальное определение α осуществляется ме-

тодами дилатометрии. Дилатометрия − раздел физики и измерительной техни-

ки, изучающий зависимость изменения размеров тел от внешних воздействий:

температуры, давления и т.д. Приборы, применяемые в дилатометрии, называ-

ют дилатометрами.

Если l

− начальная длина тела при температуре t

, а Δl= l

−

− увеличе-

ние длины тела при нагревании его на Δt градусов, то α характеризует относи-

тельное удлинение

тела, которое происходит при его нагревании на один

градус:

⋅

=α . (1)

Длина тела при температуре t определяется формулой

(

)

tll

, (2)

в этом случае l

− длина тела при температуре 0°С.

Коэффициент линейного расширения зависит от природы вещества, его

численное значение обычно малая величина порядка

.)1010(

C1 °⋅÷

−

При

изменении температуры в широком интервале коэффициент линейного расши-

рения растёт с увеличением температуры.

В интервале температур, исследуемом в данной работе, коэффициент ли-

нейного расширения можно считать величиной постоянной. Получим расчёт-

ную формулу для определения коэффициента линейного расширения, исполь-

зуя уравнение (2).

Молекулярная физика Описания лабораторных работ

Длина тела при температуре :

(

)

101

1 tll

Длина этого же тела при температуре :

(

)

202

1 tll

Решая систему двух уравнений, получим:

1221

tltl

−

=α . (3)

Удлинение Δl образца определяют экспериментально методом Д.И. Мен-

делеева, нагревая его от начальной температуры t

до температуры кипения во-

ды t

, а затем рассчитывают коэффициент линейного расширения. Так как уд-

линение Δl << l, то можно считать, что l

≈ l

, и для расчета использовать фор-

мулу:

()

112

⋅

−

=α . (4)

Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех устано-

вок, приборов, машин, работающих в переменных температурных условиях.

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

В чем состоит цель работы?

Какие физические величины измеряются непосредственно (прямые измере-

ния)?

По какой формуле Вы будете рассчитывать коэффициент линейного расши-

рения? Поясните смысл обозначений, входящих в формулу.

Выполнение работы

1. Измерить длину l

образца штангенциркулем. Поместить образец в пробир-

ку.

Заполнить пробирку на 3/4 ее длины водой и измерить начальную темпера-

туру воды.

Привести в контакт толкатель индикатора с образцом и зафиксировать ин-

дикатор. Записать цену деления индикатора C

Совместить нулевое деление шкалы индикатора со стрелкой.

Включить нагреватель и довести воду в пробирке до кипения.

Снять отсчет удлинения N образца по индикатору и выключить нагреватель.

Вынуть из пробирки образец.

Заменить горячую воду холодной.

Провести измерения со вторым и третьим образцами по пунктам 1−7.

Описания лабораторных работ Молекулярная физика

Оформление отчета

1. Расчеты

1. Рассчитать абсолютное удлинение каждого образца, умножив отсчет удли-

нения N на цену деления индикатора C

Рассчитать коэффициенты линейного расширения по формуле (4) для каж-

дого образца.

3. Абсолютная погрешность коэффициента линейного расширения α опре-

деляется приборными погрешностями, так как для каждого образца расчеты

проводились по результатам одного измерения. В этом случае:

αΔ

)(

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ΔΔ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅α=αΔ

где

Δ− приборная погрешность измерения температуры;

− приборная погрешность измерения длины образца;

lΔ

)(

ΔΔ− приборная погрешность измерения удлинения.

Приборные погрешности равны половине цены деления измерительных

приборов.

Записать окончательные результаты для каждого образца в стандартном

виде:

(

)

Рассчитать относительную погрешность измерений для каждого образца.

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Запишите формулу зависимости линейных размеров тела от температуры.

Поясните смысл обозначений.

Почему следует говорить о среднем коэффициенте линейного расширения

в данном интервале температур?

Сравните полученные значения коэффициентов линейного расширения с

табличными значениями для соответствующих материалов. Сделайте вы-

вод.

Длина медной проволоки при 0°С равна 5 м. До какой температуры нагрета

проволока, если она удлинилась на 51 мм?

Молекулярная физика Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №11

Выполнил(а)_____________________ Группа__________________

Цена деления приборов:

штангенциркуля С

шт

= __________

индикатора C

= ____________

термометра C

= ____________

№ п/п материал

мм

°С

дел

Δ ,

мм

α,

1/°С

Дата________ Подпись преподавателя___________________

Описания лабораторных работ Молекулярная физика

Лабораторная работа № 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

МЕТОДОМ ОТКАЧКИ

Цель работы: определить молярную газовую постоянную.

Приборы и принадлежности: сосуд с зажимом, насос Комовского, ваку-

умметр, аналитические весы, разновесы.

Общие положения

Молярная газовая постоянная R – универсальная физическая постоянная,

входящая в уравнение состояния. Молярная газовая постоянная численно равна

работе расширения 1 моля идеального газа под постоянным давлением при на-

гревании на 1 К.

Один из методов определения R основан на использовании уравнения со-

стояния идеального газа:

pV =

, (1)

где p − давление газа;

V − объем, занимаемый данной массой газа;

m − масса газа;

T − абсолютная температура;

M − молярная масса.

Взвесим сосуд с воздухом при атмосферном давлении . Запи-

шем уравнение Менделеева − Клапейрона для первого состояния:

атм

−

= (2)

где V − внутренний объем сосуда;

− масса сосуда с воздухом;

− собственная масса сосуда;

M − молярная масса воздуха, равная

1029

−

⋅

кг/моль.

Соединим сосуд с вакуумметром и откачаем воздух. Запишем уравнение

Менделеева

− Клапейрона для второго состояния:

−

(3)

где p

− давление в сосуде после откачки;

− масса сосуда с воздухом после откачки.

Вычтем из уравнения (2) уравнение (3):

()

Vpp

−

=−

(4)

Молекулярная физика Описания лабораторных работ

Откуда:

R ⋅

−

. (5)

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие физические величины измеряются непосредственно (прямые измере-

ния)?

3. По какой формуле Вы будете рассчитывать молярную газовую постоянную?

Поясните смысл обозначений, входящих в формулу.

4. Газ занимает объем 150 см

при температуре 23°С. Выразите объем в м

, а

температуру – в кельвинах.

Выполнение работы

1. Определить по термометру температуру воздуха в лаборатории.

2. Записать значение объема колбы.

3. Соединить сосуд с вакуумной тарелкой насоса. Откачать воздух из сосуда.

4. Пережать резиновую трубку зажимом и снять по вакуумметру отсчет

который представляет собой разность между атмосферным давлением и

давлением в сосуде: .

ppp −=Δ

5. Взвесить на аналитических весах сосуд с оставшимся воздухом.

6. Не снимая сосуд с весов, открыть зажим и взвесить сосуд с воздухом при

атмосферном давлении.

7. Опыт произвести три раза, меняя степень откачки.

Оформление отчета

1. Расчеты

1. Рассчитать молярную газовую постоянную

R по формуле (5) по результатам

каждого опыта.

2. Найти среднее значение

3. Рассчитать абсолютную погрешность

как для прямых измерений.

4. Найти относительную погрешность измерений.

5. Результат записать в стандартном виде:

RRR

ср

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Какой газ называется идеальным?

2. Запишите уравнение состояния идеального газа. Поясните смысл обозначе-

ний.

3. Сравните полученное значение молярной газовой постоянной с табличным

значением. Сделайте вывод.

4. В стальном баллоне емкостью 40 л при температуре 23

°С под давлением

2,0 МПа находится кислород. Определите массу кислорода в баллоне.

Описания лабораторных работ Молекулярная физика

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №12

Выполнил(а)_____________________ Группа__________________

Температура воздуха в аудитории

t= ___________°C, Т= _______________ К

Объем колбы

V=_____________

1 кГс/см

= 9,80⋅10

Па

№

п/п

Δр,

кГс/см

Δр,

Па

Дж/(моль

⋅К)

Дата________ Подпись преподавателя___________________