Оцените насколько ошибки измерений повлияли на совпадение результатов - Oshibku.top - решение и исправление самых разных ошибок

Я преподаю дисциплину ОП.05 «Метрология, стандартизация, сертификация» студентам 3 курса, обучающимся специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» (23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей» – общепрофессиональный, сугубо технический предмет, необходимый для полноценного овладения МДК «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», в тесном контакте с преподавателями по ремонту а/м. При изучении дисциплины предусмотрен ряд лабораторных и практических работ.

Работа рассчитана на 2 учебных занятия (4 академических часа), но при недостатке учебного времени ее можно провести и за 2 часа. Однако, в этом случае анализ полученных результатов проводится в большой степени преподавателем, у доски, при активном диалоге с обучающимися.

Определение и анализ погрешностей измерения

Это последняя лабораторная работа в теме «Метрология», она завершает и обобщает теоретически и практически изученный материал. Рассчитана на 4 академических часа (2 пары):

Практическая часть (измерения) и качественный анализ результатов
Количественный анализ результатов, обсуждение и выводы.

Оценки выставляются на основании 3 факторов:

Оценка за технику измерений, выставленная «экспертами»
Оценка, предложенная бригадиром, отражающая вклад студента в общую работу
Оценка, выставленная преподавателем за работу при анализе результатов.

Несмотря на то, что студенты, казалось бы, легко усваивают теорию измерений, в частности, понятие «погрешности измерений», на практике для них характерно идеалистическое восприятие: измерено – значит, точно. Если средство измерение градуировано до сотых – значит, оно достоверно измеряет с точностью до сотых, и, безусловно, точнее того, шкала которого градуирована до десятых. Изучив ранее основы теории измерений, студенты не воспринимают ее, применительно к практике. Тем не менее, при изучении тем, связанных с точностью, ее достижимостью, надо понимать разницу между достоверной и более или менее вероятной величиной.

Цели работы:

Преподавателя (обучающие)	Студента
Повторить и закрепить приемы и методы измерений Закрепить теоретические представления о измерениях, видах погрешностей, их причинах, методах минимизации систематических и случайных погрешностей; Показать, как можно оценить качественно достоверность измерения; Ознакомить с понятием «нормальное распределение», показать, как оно проявляется (качественно).	Изучить характер и причины погрешностей измерений, способы их доступного качественного определения и минимизации.
А также
Умение оценивать и сопоставлять, критически относится к результатам своего труда, Умение работать в команде, на общий результат; Умение оценивать, организовывать эффективную работу других

Задачи работы

Многократно измерить размер детали разными приборами, используемыми при ремонта а/м.
Качественно оценить и количественно проанализировать полученные результаты;
Выявить характер и причины погрешностей измерения и проанализировать их;
Сформулировать доступные способы оценки достоверности измерений и повышения их точности.

Методы работы

Анализ теоретической информации;
Технические измерения (сбор и систематизация результатов);
Анализ результатов и обобщение, принятие решений. При поиске способов уменьшения влияния случайных и систематических погрешностей – метод мозгового штурма.

Работа с аудиторией происходит в 3 формах:

Фронтальная (постановка целей, задач, инструкции и т.п.) на начальном этапе и формулировка промежуточных задач и обобщение.
Работа в малых группах, самостоятельная;
Самостоятельная работа дома, в том числе с Интернетом.

Гипотеза

С точки зрения неспециалиста

С точки зрения метрологии

Результат измерений (без грубых ошибок) – однозначен;
Точность измерений почти целиком зависит от погрешности средства измерения и квалификации.

Результат измерений – величина случайная;
Точность измерений зависит от множества причин, и погрешность средств измерений – только одна из них;
Есть способы, позволяющие повысить достоверность недостаточно точных измерений.

Практическая (лабораторная) часть

I занятие

Ход работы

Оргмомент (как обычно)

Группа разбивается на 3 бригады. В каждой выбирается бригадир и два «эксперта». Каждая бригада должна организовать измерение одного и того же размера минимум 20 раз разными людьми и обработать результаты измерения.

Задача бригадира – организовать и координировать работу, экспертов – записывать измеренные каждым студентом значения, оценивать его умение выполнять измерения – и все это без подсказок и комментариев. И следить, чтобы не сломали инструмент! На каждом ряду группируется бригада, им выдаю деталь и инструмент) (гильзу, распредвал и т.д., нутромер, микрометры). Место измерения (особенно, если деталь с большим износом, можно отметить мелом.

«Эксперты по нутромеру» собирают и настраивают его (т.к. это не быстро и непросто), пока организуем остальную часть работы. На доске рисуем 3 таблицы из 2 столбцов (№ измерения и размер) для каждой бригады, название детали и измерительный инструмент. Там, где нутромер – и размер настройки. Каждый в своей тетради пишет название работы и рисует таблицу «мои измерения». «Эксперты по микрометру» в это время поверяют, и, если надо, калибруют инструмент.

На первом столе в каждом ряду лежат деталь, измерительный инструмент и за столом сидят два эксперта ИЗ ДРУГИХ БРИГАД. Перед ними лежат заранее приготовленные таблицы для записи результатов. Они по очереди измеряют все 3 детали, записывают свои результаты в таблицы (естественно, вместо оценок – прочерк);

Далее все студенты, по очереди, измеряют эти детали. Каждый измеряет, называет результат эксперту, эксперт называет ему номер (по их таблице). Например, «номер измерения 16, размер 92,04». Студент записывает результат в свою таблицу, а потом – в соответствующую таблицу на доске. Соответственно, в оставшееся время надо переписать в свою тетрадь таблицу с результатами своей бригады. Разумно, если в каждой бригаде выделят одного человека, который обеспечит аккуратную запись результатов, одну на всех. Если студентов в группе мало, можно измерять и по второму разу.

Как только в последней из бригад набралось 20 измерений, работу прекращают все.

Бригады возвращаются, каждая — на свой ряд. Теперь надо обработать результаты.

Преподаватель берет «протоколы» (таблицы, заполненные экспертами). Теперь работа на доске. Считаем: Хmax – Xmin =? А какова допустимая погрешность измерения? Преподаватель предлагает оценить результаты, отбросив явно выделяющиеся из ряда, то есть явно с грубыми ошибками. В этом студентам надо помочь. При измерениях микрометром результаты могут группироваться вокруг двух центров, между которыми 0,5 мм. Отбросив явно ошибочные результаты, опять прикидываем погрешность измерения и сравниваем с нормативной.

Преподаватель в заключении занятия кратко анализирует характер распределения размеров, указывает на возможные причины погрешностей, спрашивает, как можно уменьшить влияние случайных погрешностей, и как – систематических?

Окончательный анализ и обсуждение результатов – на следующем занятии. Оценки выставляются на основании 3 факторов:

Оценка за технику измерений, выставленная экспертами.
Оценка, предложенная бригадиром, отражающая вклад студента в общую работу.

На дом:

Привести в порядок записи, закончить график и т.д.
Повторить тему «Погрешности измерения».

Занятие №2. Анализ погрешностей измерения

Аналитическая часть

1. Анализ результатов

Выполняется бригадой, совместно.

Если есть значения измерений, намного выбивающиеся из ряда и свидетельствующие о грубой ошибке, отметить их. Если они встречаются 1-2 раза, можно сразу отбросить их за недостоверностью. В протоколе измерений выделить наибольшее и наименьшее значение, рассчитать диапазон разброса размеров и разделить на 6-9-12 интервалов.

Преподаватель сам выбирает интервалы, число измерений в которых каждой бригаде надо подсчитать. Если Хmax – Xmin около 0,1 или меньше, то интервал проще взять 0,01, если много больше, то удобно, если их будет 9 или 12.

Например, 81,76 – 81,99 = 0,23 Почти 0,24, интервал 0,02 мм.

Студенты считают число измерений в каждом интервале. Работа коллективная, то есть, например, один считает первый, другой – второй. В результате строим график. Обычно получается или нечто, напоминающее нормальное распределение, или же «двугорбый верблюд». Другие варианты – редкость.

Хmax – Xmin =______________________

2. Выбираем интервалы ______штук по ______ мм.

3. Строим кривую зависимости числа измерений в каждом интервале (обычно получается типа 1 или 2)

График 1

Если кривая распределения имеет вид 1, то основная причина погрешностей – случайная.

Кривая 2, как правило, образуется в результате измерения микрометром, из-за систематической ошибки – 0,5 мм (ошибочное чтение показаний на стебле.) В этом случае надо перемерить размер штангенциркулем, выявить и пересчитать ошибочные значения и вычертить исправленную кривую на том же графике.

4. По графику устанавливаем наиболее вероятный действительный размер и сравниваем его с Хср; определяем наибольшую погрешность измерения и сравниваем ее с предельной погрешностью для этого средства измерения

Хср = _______________ Хнаиболее вероятный ≈ ___________________________

Наибольшая погрешность Хср — Xmin (max) __________________________________

Нормативная инструментальная погрешность =_______________

Допустимая погрешность при измерении этим СИ_____________

5. Диапазон разброса размеров делится на 3 равных части и подсчитывается, сколько результатов попало в центральную 1/3 и 2/3 интервала.

Все измерения попали в диапазон _____________________мм ______________100%

Центральная треть _____________________________ мм _____________________%

Центральные две трети__________________________мм ______________________%

Отбрасываем Хmax и Xmin и заново рассчитываем Хср = _________ и
Хmax – Xmin =__________

График 2

Сравниваем с нормальным: Сколько % измерений попали в нормативную погрешность?

6. Анализ результатов и выводы

Надо ответить на вопросы:

Сколько процентов измерений (без явных грубых ошибок) попали в допустимую погрешность?
Какова доля погрешности СИ в общей?
Можно ли утверждать, что погрешность СИ непременно обеспечит большую точность измерения? Какие причины систематических погрешностей выявлены?
Можно ли утверждать, что однократное измерение достоверно?
Как можно уменьшить влияние систематических погрешностей на достоверность результата?
Как можно снизить влияние случайных погрешностей?
Ваши предложения по повышению точности и достоверности измерений вами (в рабочих условиях).

В результате совместно формируем алгоритм действий:

	Систематическая погрешность	Случайная погрешность
Как проявляется при измерениях?
Причины?
Как можно обнаружить?
Как можно уменьшить влияние погрешностей на результат?

Источник

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Последовательное и параллельное соединения проводников

Лабораторная работа
2 слайд

Цель работы

Проверить основные закономерности последовательного и параллельного соединений проводников (резисторов), а также справедливость формул для определения эквивалентного сопротивления.
3 слайд

Теоретическая часть

1) При последовательном соединении проводников R1 и R2сила тока, идущего по ним, одинакова:
I = I1 = I2,
а напряжение на концах этого участка цепи равно сумме падений напряжения на каждом из проводников:
U = U1 + U2.
При любом числе последовательно соединённых проводников полное сопротивление участка цепи
R = R1 + R2 + R3 + …
2) При параллельном соединении проводников напряжение на их концах одинаково:
U = U1 = U2.
Сила тока в цепи равна сумме токов, идущих по параллельно соединённым проводникам:
I = I1 + I2
При любом числе параллельно соединённых проводников эквивалентное (полное) сопротивление этого участка цепи определяется формулой 1 𝑅 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + 1 𝑅3
4 слайд

Оборудование

Источник тока, резисторы, амперметр, вольтметр, реостат, соединительные провода, ключ.
5 слайд

Порядок выполнения работы
1. Соберите схему, состоящую из соединённых последовательно источника тока, реостата, амперметра, одного резистора (рис.).
2. Подключите к точкам С и D вольтметр параллельно резистору.
3. Замкните цепь и измерьте силу тока I1 и напряжение U1.
4. Замените первый резистор вторым и измерьте силу тока I2 и напряжение U2.
5. Подключите между точками С и D оба резистора последовательно. Параллельно им подключите вольтметр.
Измерьте силу тока I3 и напряжение U3.
6. Соедините резисторы параллельно, подключите их между точками С и D, затем параллельно им подключите вольтметр.
Измерьте силу тока I4 и напряжение U4.
7. Результаты измерений запишите в таблицу 1.
6 слайд

Таблицы №1 и №2
Проведите расчёты и заполните таблицу 2.
7 слайд

Сравните значения эквивалентных сопротивлений при последовательном и параллельном соединениях резисторов. Возможное несовпадение результатов объясняется погрешностями измерений.
9. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерений.
Относительную погрешность измерения каждого сопротивления можно определить по формуле 𝜀 𝑖 = ∆𝑈 𝑈 𝑖 + ∆𝐼 𝐼 𝑖
Абсолютная погрешность ΔRi = εiRi.
Оцените, насколько ошибки измерений повлияли на совпадение результатов. Запишите окончательные результаты измерений сопротивлений для каждого случая в виде
R — ΔR ≤ R ≤ R + ΔR.
Сделайте вывод о справедливости приведённых выше формул.

Источник

Результаты любых
измерений а, следовательно, и вычисления,
использующие эти данные, содержат те
или иные ошибки.

Пусть истинное
значение определяемой величины
составляет «а«.
Предположим, что в результате проведённых
нами прямых или косвенных измерений
для определяемой нами величины получено
значение «x«.
Тогда разность

D
= | а
— х
| (1)

принято называть
абсолютной ошибкой измерения. Размерность
абсолютной ошибки совпадает с размерностью
определяемой величины.

Для характеристики
«качества» проведённых измерений
принято вводить отношение абсолютной
ошибки к значению измеряемой величины:

(2)

Это отношение
называется относительной ошибкой
измерения. На практике величина «а»
неизвестна. В теории вероятностей
показано, что наилучшим приближением
к ней по результатам измерений служит
среднеарифметическое:

(3)

Поэтому для
абсолютной и относительной ошибок
измерений пользуются формулами:

(4)

По происхождению
все ошибки измерений можно условно
разделить на методические,
инструментальные и случайные ошибки
измерений.

Методические
ошибки определяются недостатками
выбранного метода измерений, неточностью
расчётной формулы. Примером первых
ошибок могут служить ошибки, возникающие
при измерении сопротивлений с помощью
мостика Уинстона. Проходящий через
измеряемое и эталонное сопротивления
электрический ток нагревает их, по
разному изменяя величины их сопротивлений,
так как материалы, из которых изготовлены
эти сопротивления, в общем случае,
разные. Для уменьшения ошибок измерений
в данной работе рекомендуется сокращать
время протекания тока в измерительной
цепи, уменьшать величину ЭДС источника.

Примером ошибок,
возникающих из-за неточности расчётной
формулы, могут служить ошибки при
проверке основного закона динамики
вращательного движения на маховике
Обербека. Для расчёта момента сил,
действующего на маховик (крестовину),
используется формула:
, где М – момент сил, Р – вес груза,
подвешенного на нити иr
– радиус шкива. На самом деле, вместо
силы тяжести груза Р следует в расчетную
формулу подставлять силу натяжения
нити Т , отличающейся от веса Р на
величину m*a, где m -масса груза и а
— ускорение груза при движении вниз.
Отличие это невелико, так как ускорение
груза а
обычно мало по сравнению с ускорением
свободного падения g,
и методические ошибки, возникающие при
замене силы Т на силу тяжести Р, оказываются
меньше, чем ошибки из-за пренебрежения
силами трения, которые можно отнести к
инструментальным погрешностям.

Инструментальные
ошибки определяются недостатками
используемого прибора, качеством его
изготовления, неправильным его применением
и проявляются в том, что при измерениях
одним и тем же прибором получают
повторяющиеся результаты. Такая ситуация
означает, что в данных измерениях, если
они проводятся методически правильно,
преобладающими являются инструментальные
ошибки. В качестве примера инструментальной
или, что то-же самое, приборной ошибки
можно привести ошибки, возникающие при
употреблении для измерений приборов,
использующих различные нониусы
(штангенциркули, микрометры, угломеры
и т.д.). Для таких приборов в качестве
приборной ошибки принимают цену деления
нониуса. То же самое применимо при
отсчёте интервалов времени с помощью
секундомера. В этом случае приборная
ошибка принимается равной цене
наименьшего деления.

В электроизмерительных
приборах (вольтметрах, амперметрах и
т.п.) инструментальная ошибка определяется
классом прибора «К», который
означает, что показания прибора в любой
точке шкалы отличаются от истинного
значения измеряемой величины не более,
чем на «К» процентов от всей шкалы
прибора. Так, например, при использовании
вольтметра класса 0,5 со шкалой до 300 В
отличие показаний прибора от истинного
значения любого измеряемого напряжения
не превышает (0,5/100)·300 В = 1,5 В в любой
точке шкалы. О знаке этой ошибки ничего
сказать нельзя.

На результат
измерений может влиять целый ряд
факторов. Так, например, изменение
положения глаз измеряющего при повторных
измерениях может привести к ошибкам
из-за параллакса при отсчёте результата.
При использовании многопредельных
приборов считывание показаний не по
рабочей шкале приводит к грубым ошибкам,
классифицируемым как промахи, которые
хорошо заметны при анализе всей
совокупности результатов измерений.
Такие измерения обычно отбрасываются.

Следует упомянуть
так же об ошибках, которые могут быть
либо постоянными в процессе измерений,
либо меняться по определённому закону.
Так, например, использование прибора
со смещённым «нулём» приводит к
появлению постоянной систематической
ошибки. При взвешивании тел на рычажных
весах истинный вес тела может
отличаться от полученного при измерениях
вследствие неравенства плеч коромысла,
за счёт поправки на выталкивающую силу
в воздухе, из-за изменения температуры
в процессе измерений. В данном случае
первая ошибка будет постоянна, вторая
и третья будут меняться по определённому
закону, так как выталкивающая сила
зависит от объёма тела и гирь, влажности
воздуха, изменений объёмов и т.д. Во
многих случаях величину и знак
систематической ошибки можно
установить с помощью наблюдений или
измерений. Такие выявленные ошибки
называют поправками. Поправки принято
считать равными ошибке измерений, взятой
с обратным знаком.

Систематические
ошибки, связанные с неправильной
градуировкой, с «уходом нуля» и
т.п. могут быть выявлены при сравнении
с эталонным прибором или измерением
эталонной величины Систематические
ошибки, связанные с неточностью метода,
выявляются при анализе расчётных формул,
рассмотрении пределов их применимости,
анализе допущений, сделанных при выводе
расчётных выражений. Возможности
уменьшения систематических ошибок
существенно зависят от объёма информации
о природе этих ошибок и от усилий, которые
необходимо затратить на их исключение.
В простейшем случае, когда природа и
величина ошибки известны, для их
исключения пользуются поправками. Если
происхождение систематической ошибки
не установлено, а известно лишь
максимальное значение, которое она
может принимать, то говорят, что существует
не исключаемый остаток систематической
ошибки. Но самым опасным видом
систематической ошибки может быть
такой, о котором экспериментатор и не
подозревает. Чтобы убедиться, что такой
ошибки нет, проводят измерение каким-либо
другим методом, совершенно отличным от
используемого. Совпадение результатов
убеждает, что неучтённых систематических
ошибок нет.

Если при многократных
измерениях одной и той же физической
величины её значения, с учётом методических,
систематических и приборных ошибок
оказываются разными, но мало отличающимися
от среднеарифметического всех полученных
значений, то говорят о случайных ошибках
измерений. Эти ошибки, как правило,
бывают больше инструментальных и могут
иметь как положительный, так и отрицательный
знаки. Улучшая условия измерений,
случайные ошибки удаётся лишь уменьшить,
но устранить их полностью нельзя. Учёт
этих ошибок осуществляется путём
статистической обработки результатов
измерений, которые при многократных
повторениях подчиняются следующим
закономерностям:

1. Средние значения
измеряемой величины при достаточно
большом числе измерений , проведённых
одинаково тщательно, остаются практически
постоянными;

2. Частота появлений
как положительных, так и отрицательных
отклонений от найденного среднего
значения примерно одинакова.

3. Частота больших
отклонений от найденного среднего
значения значительно меньше частоты
появления малых отклонений.

Математическая
статистика даёт формулы для расчёта
вероятности появления того или иного
результата «х» при измерениях
некоторой физической величины с истинным
значением «а»:

(5)

где w(x)
— функция распределения случайных
величин, связанная с вероятностью
получения значения «х»
при измерении величины, истинное значение
которой равно «а«;
«е»
— основание натуральных логарифмов,
равное 2,72; «»
— среднеквадратичное отклонение; «²»
называют дисперсией.

Формула (3) носит
название нормального закона распределения
или закона Гаусса и полностью определяется
заданием параметров

«а»
и «».

На рисунке (1)
изображена функция w(x)
для различных значений параметров
«а»
и «».
Величина «а» представляет собой
значение координаты «х«,
для которой w(x)
достигает максимума. Величина «»
связана с величиной интервала х, в
пределах которого

заключено 0.68 всех
измеренных значений «х«.

Рис.1
Функция распределения w(x)
для разных значений среднего значения
«а» и величины среднеквадратичного
отклонения σ

Основная задача
измерений, при которых сказывается
влияние случайных ошибок, состоит в
том, чтобы определить значение искомой
величины «а» и интервала разброса
результатов измерения

Предполагая, что
закон распределения случайных величин,
кА

Такими можно
считать результаты отдельных измерений,
является нормальным, в теории вероятностей
доказывается, что в качестве наивероятнейшей
оценки истинного значения измеряемой
величины «а» следует брать
среднеарифметическое из результатов
«n» измерений (3)

Для расчёта второго
параметра нормального закона распределения
— дисперсии — следует воспользоваться
формулой:

(6)

Таким образом, из
формулы (6) видно, что с увеличением числа
измерений n вероятность отклонения
величины дисперсии от её истинного
значения уменьшается с увеличением
числа измерений. Проведя несколько
десятков измерений получим достаточно
точное значение для дисперсии всей
совокупности проведённых измерений. В
теории вероятностей доказывается, что
при этом погрешность оценки истинного
значения определяемой величины «а»
по формуле (3) связана с величиной
дисперсии всей совокупности измерений
следующим соотношением:

(7)

Здесь обозначено:

— среднеквадратичное отклонение для
оценки величины «а» из произведённых
измерений (по формуле (3

Величина 
связана с интервалом
,в
котором находится р% всех измерений,
как проведённых, так и последующих. Так
например, при=в интервалпри:

к = 1 попадает
68,3 % всех измерений

к = 2 попадает
95,4 % всех измерений

к = 3 попадает
99,7 % всех измерений.

Величину
называют доверительным интервалом,
а соответствующую долю Р
всех измерений, попадающих в доверительный
интервал
называют доверительной вероятностью.

Выбор доверительной
вероятности определяется целью измерений,
т.е. тем, в какой степени нежелательны
те случаи, когда истинное значение
измеряемой величины выходит за пределы,
полученные при оценке его доверительного
интервала. Чем опаснее такие случаи,
тем большую надёжность необходимо
выбирать. У физиков принято приводить
экспериментальные данные в виде
плюс-минус одно среднеквадратичное
отклонение, т.е.

(8)

Такая запись удобна
тем, что содержит обе величины :
и,
но необходимо иметь в виду, что ей
соответствует невысокая доверительная
вероятность ( 68,3 % ).Как правило, х и σ
оцениваются из результатов эксперимента,
и доверительная вероятность оказывается
несколько ниже.

При малом числе
измерений существует конечная вероятность
того, что истинное значение
среднеквадратичного отклонения
отличается от вычисленного по формуле
(7). Поэтому при небольшом числе измерений
n пользоваться ею нецелесообразно и для
оценки величины σ пользуются соотношениями,
вытекающими из распределения Стьюдента,
которое при неограниченном увеличении
числа измерений стремится к нормальному
распределению (3).

Часто при расчётах
используют табличные данные: фундаментальные
физические постоянные, различные
характеристики веществ и значения
различных функций. Если для них не
указана точность (доверительный
интервал), то в качестве абсолютной
ошибки табличного значения берут
половину единицы наименьшего разряда
этой величины. Так, например, для расчёта
сопротивления проводника из нихрома
по таблицам находим, что его удельное
сопротивление 
= 1 * 10^-6
Ом м, а для стали 
= 1,0*10^-7
Ом м. Так как в таблице не указаны
доверительные интервалы, то для нихрома
ρ
= 0,5*10^-6
Ом м, а для стали ρ
= 0,05*10^-7
Ом м.

Для часто
используемого в расчётах значения 
= 3,14 абсолютная ошибка составит 
= 0,002, так как точное значение 
= 3,1415926…. Используемое значение ускорения
свободного падения на широте Москвы g
= 9,819141
,
округлённое до значения g = 9,8 м с^-2,
имеет g
= 0,02 м с^-2,
а округлённое до значения g = 9,81 м с^-2
имеет g
= 0,009 м с^-2.

Источник

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа №11» при федеральном казенном

учреждении «Исправительная колония №2 Управления Федеральной службы исполнения

наказаний по Брянской области»

ФИЗИКА

Базовый уровень

Лабораторные работы (10 — 12 класс)

Автор—составитель Голенок Н.П.

2020г.

Содержание

Источники:

1. Физика. 10 класс : учеб. для общеобразоват. организаций : базовый уровень /

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой. – М.:

Просвещение, 2018

2. Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. организаций : базовый уровень /

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой. – М.:

Просвещение, 2018

Изучение движения тела по окружности

Измерение жёсткости пружины

Измерение коэффициента трения скольжения

Изучение движения тела, брошенного горизонтально

Изучение закона сохранения механической энергии

Изучение равновесия тела под действием нескольких сил

Экспериментальная проверка закона Гей—Люссака

Последовательное и параллельное соединения проводников

Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Наблюдение действия магнитного поля на ток

Изучение явления электромагнитной индукции

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника

Измерение показателя преломления стекла

Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы

Измерение длины световой волны

Оценка информационной ёмкости компакт—диска (СD)

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров

№ 1. ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ

Цель работы: определить центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по

окружности.

О б о р у д о в а н и е : штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр

лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Порядок в ы п о л н е н и я работы.

1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива (рис. Л.2, б).

3. Начертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измерьте радиус с

точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр

окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал такую же

окружность, как и начерченная на бумаге.

6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает заданное число (например, в интервале от 30 до

60) оборотов.

7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра

шарика до точки подвеса.

8. Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам:

9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу

окружности, и измерьте модуль составляющей F. Затем вычислите ускорение по формуле:

10. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу.

Сравните полученные три значения модуля центростремительного ускорения и сделайте вывод.

________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 2. ИЗМЕРЕНИЕ ЖЁСТКОСТИ ПРУЖИНЫ

Цель р а б о т ы : определить жёсткость пружины, а также исследовать зависимость жёсткости от

толщины проволоки, из которой изготовлена пружина.

О б о р у д о в а н и е : штатив с муфтой и лапкой, пружинный динамометр, пружина, отличающаяся по

толщине проволоки от пружины динамометра, три груза, линейка.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Укрепите динамометр на штативе.

2. Измерьте динамометром вес первого, второго и третьего грузов, а линейкой удлинение х пружины

динамометра в каждом случае.

3. Укрепите на штативе пружину, поставьте рядом линейку, запишите значение высоты h

, на которой

находится нижний конец пружины в недеформированном состоянии.

4. Поочерёдно подвесьте грузы и определите положение нижнего конца пружины (высоту h

) в трёх

случаях.

5. Используя полученные данные и учитывая, что в нашем случае F

упр

= P, сделайте расчёты.

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Сделайте вывод о зависимости жёсткости от толщины проволоки, из которой изготовлена пружина.

________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 3. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Цель работы: определить коэффициент трения скольжения и его зависимость от свойств

поверхности.

О б о р у д о в а н и е : доска, два разных бруска, различающиеся по гладкости поверхностей, лист

плотной бумаги, штатив, линейка.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Измерьте длину l доски.

2. На штативе укрепите кусок плотной бумаги, как показано на рисунке Л.3. Нижний конец листа

должен касаться стола.

3. Положите первый брусок на доску.

4. Один конец доски не должен двигаться, поэтому прижмите его к какой—нибудь опоре, например к

стопке книг. Начинайте медленно поднимать доску за другой конец.

Зафиксируйте, на какой высоте будет находиться конец доски, при которой брусок начнёт скользить.

Проведите на бумаге черту.

5. Измерьте расстояние h

на бумаге от нижнего края до черты.

6. Повторите опыт три раза.

7. Проведите аналогичные опыты со вторым бруском и измерьте расстояние h

8. Сделайте расчёт основания наклонной плоскости для каждого случая по формуле d = √ l

2 –

и коэффициента трения по формуле µ = tgα = h / d

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

10. Переверните брусок на другую грань и повторите опыт. Проверьте, существенно ли различается

высота подъёма конца доски, при которой брусок начинает скользить. Сделайте вывод.

______________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 4. ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА, БРОШЕННОГО ГОРИЗОНТАЛЬНО

Цель р а б о т ы : проверить закон независимости движений на примере движения тела, брошенного

горизонтально.

О б о р у д о в а н и е : небольшой шарик, жёлоб, линейка, секундомер, указка, ящик с песком.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы . Работу должны выполнять

двое учащихся.

1. Поставьте на поверхность стола жёлоб, по которому будет катиться шарик, таким образом, чтобы

его конец совпал с концом стола.

2. Измерьте высоту h, с которой будет падать шарик, как только он оторвётся от поверхности жёлоба.

3. Первый учащийся ударяет указкой по шарику так, чтобы он двигался по жёлобу.

Второй учащийся включает секундомер, когда шарик оторвётся от жёлоба, и выключает, когда

услышит удар о пол.

4. Два раза, изменив силу, с которой вы ударяете шарик, измените его скорость. Измерьте время

падения шарика.

5. Поставьте ящик с песком в месте, где предположительно упадёт шарик. Ударьте по шарику и

определите расстояние l от стола до точки падения.

6. Передвиньте ящик и ударьте по шарику слабее. Измерьте расстояние от стола то точки падения

шарика.

7. Зная высоту h, с которой падал шарик, и ускорение свободного падения, вычислите время

движения шарика t = √2*h/g. Сравните рассчитанное значение времени падения со средним

временем падения, определённым из опыта. Сделайте вывод.

8. Определите из формулы I = v

0 *

t начальную скорость шарика для каждого из измеренных значений

дальности полёта.

9. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Выбрав правильный масштаб по осям ОХ и OY и воспользовавшись уравнением траектории,

Постройте траекторию движения шарика для одного из найденных значений начальной скорости.

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Цель р а б оты : научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землёй тела и

деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный, линейка, груз массой m на

нити длиной l набор картонок толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка.

У к а з а н и я к р а б о т е.

Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке Л.4

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Привяжите груз к одному концу нити, другой конец нити привяжите к

крючку динамометра и измерьте вес груза F

= mg (в данном случае вес груза

равен силе тяжести).

2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

3. На нижний конец груза нанесите немного краски.

4. Поднимите груз до точки закрепления нити к крючку динамометра.

5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не

касается его при падении.

6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не

появятся следы краски.

7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и

измерьте динамометром максимальную силу упругости F

ynp

и линейкой максимальное растяжение

пружины ∆1, отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

8. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + ∆l (это высота, на которую смещается центр

тяжести груза).

9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза: Е

п1

= mg(l + ∆l).

10. Вычислите энергию деформированной пружины: Е

п2

= F

ynp

(∆l/2)

11. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу

12. Сравните значения энергий Е

п1

и Е

п2

. Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не

совсем точно.

________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 6. ИЗУЧЕНИЕ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕСКОЛЬКИХ СИЛ

Цель р а б о т ы : убедиться в правильности первого и второго условий равновесия.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь.

Для равновесия твёрдого тела необходимо и достаточно выполнение двух условий:

1) векторная сумма внешних сил, действующих на тело, должна быть равна нулю;

2) алгебраическая сумма моментов сил, действующих на твёрдое тело, относительно оси вращения

должна быть равна нулю.

О б о р у д о в а н и е : три динамометра, небольшое колечко, набор грузиков, планка с отверстиями,

штатив, транспортир.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы.

Проверьте первое условие равновесия.

1. Укрепите конец одного из динамометров (рис. Л.5). Второй его конец зацепите за кольцо.

2. Зацепите два других динамометра за это же кольцо и тяните таким образом, чтобы два последних

динамометра образовывали прямой угол. Когда кольцо станет неподвижным, снимите показания

динамометров.

3. Повторите опыт, стараясь расположить динамометры так, чтобы угол между ними был 120°.

Снимите показания динамометров.

4. Запишите результаты измерений в таблицу

5. Рассчитайте равнодействующую сил F

и F

: Сравните полученное значение со значением F

Сделайте вывод.

6. Нарисуйте три силы под углом 120°. Убедитесь в том, что при равновесии эти силы равны.

Проверьте второе условие равновесия.

1. Возьмите планку с отверстиями (рис. Л.6, а) и закрепите её на штативе.

2. С одной стороны от точки закрепления на расстоянии 1

= 4 см

подвесьте грузик массой т

3. Подвешивайте меньший грузик массой т

с другой стороны на

разных расстояниях 1

до тех пор, пока планка не установится

горизонтально. Запишите значения масс грузиков и расстояний от

точки закрепления планки до грузиков в таблицу.

4. К первому грузику на левой стороне планки подвесьте ещё один грузик массой т

5. С правой стороны подвесьте ещё один грузик массой т

на таком расстоянии 1

, чтобы планка

опять вернулась в горизонтальное положение. Запишите все значения в таблицу.

При подвешивании грузика на планку действует сила давления крючка (рис. Л.6, б). Эта сила

давления по третьему закону Ньютона равна силе, действующей на крючок, которая, в свою очередь,

равна силе тяжести, так как грузик находится в состоянии равновесия. Поэтому при расчётах можно

использовать силу тяжести грузика.

По данным таблицы 9 вычислите сумму моментов сил, действующих на планку и алгебраическую сумму

сил, действующих на планку. Сделайте вывод.

__________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ГЕЙ—ЛЮССАКА

Цель р а б оты : экспериментально проверить справедливость соотношения V

= T

О б о р у д о в а н и е : стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8—10

мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40—50 мм, наполненный горячей водой (t » 60

°С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Подготовьте бланк отчёта с таблицей для записи результатов измерений и вычислений

(инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы 1).

2. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

3. Измерьте длину 1

стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.

4. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом сказано выше. Измерьте длину 1

воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха Т

5. Вычислите отношения l

и T

, относительные (ԑ

и ԑ

) и абсолютные (∆

и ∆

) погрешности

измерений этих отношений.

6. Сравните отношения l

и T

и сделайте вывод о справедливости закона Гей—Люссака.

________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 8. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Цель работы: проверить основные закономерности последовательного и параллельного соединений

проводников (резисторов), а также справедливость формул для определения эквивалентного

сопротивления.

О б о р у д о в а н и е : источник тока, резисторы, амперметр, вольтметр, реостат, соединительные

провода, ключ.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Соберите схему, состоящую из соединённых последовательно источника тока, реостата,

амперметра, одного резистора (рис. Л.8).

2. Подключите к точкам С и D вольтметр параллельно резистору.

3. Замкните цепь и измерьте силу тока 1

и напряжение U

4. Замените первый резистор вторым и измерьте

силу тока 1

и напряжение U

5. Подключите между точками С и D оба резистора последовательно. Параллельно им подключите

вольтметр. Измерьте силу тока 1

и напряжение U

6. Соедините резисторы параллельно, подключите их между точками С и D, затем параллельно им

подключите вольтметр. Измерьте силу тока 1

и напряжение U

7. Результаты измерений запишите в таблицу

8. Проведите расчёты и заполните таблицу

Сравните значения эквивалентных сопротивлений при последовательном и параллельном соединениях

резисторов. Возможное несовпадение результатов объясняется погрешностями измерений.

9. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерений.

Оцените, насколько ошибки измерений повлияли на совпадение результатов. Запишите окончательные

результаты измерений сопротивлений для каждого случая в виде

R — ∆R ≤ R ≤ R + ∆R.

Сделайте вывод о справедливости приведённых выше формул.

________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 9. ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА

Цель р а б о т ы : научиться измерять ЭДС источника тока и косвенными измерениями определять его

внутреннее сопротивление.

О б о р у д о в а н и е : аккумулятор или батарейка для карманного фонаря, вольтметр, амперметр,

реостат, ключ.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

1. Подготовьте бланк отчёта со схемой электрической цепи и таблицами 13 и 14 для записи

результатов измерений и вычислений.

Л.9.

Таблица 13

2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку Л.9. Проверьте надёжность электрических

контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.

3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

4. Измерьте ЭДС источника тока.

5. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе для трёх положений движка

реостата и вычислите г

пр

. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 13.

6. Вычислите абсолютную и относительную погрешности измерения ЭДС и внутреннего

сопротивления источника тока, используя данные о классе точности приборов. Занесите все данные в

таблицу 14.

7. Запишите результаты измерений ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока:

Ɛ = Ɛ

пр

± ∆Ɛ, ԑ

= %;

R = r

пр

± ∆r, ԑ

= %.

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 10. НАБЛЮДЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НАТОК

Цель р а б о т ы : исследовать взаимодействие тока с постоянным магнитом.

О б о р у д о в а н и е : источник тока, реостат, ключ, витки проволоки, катушка, полосовой магнит,

штатив, динамометр, амперметр, соединительные провода.

Рис. 1 Рис. 2

Порядок в ы п о л н е н и я р а б о т ы

П е р в ы й опыт

1. На штативе подвесьте динамометр, к динамометру прикрепите магнит, под

магнитом расположите катушку и соберите электрическую схему согласно рисунку 1.

2. Установите бегунок реостата в положение, соответствующее максимальному сопротивлению.

3. Замкните цепь.

4. Изменяйте силу тока, уменьшая сопротивление реостата, и записывайте показания динамометра в

таблицу.

5. Измените направление тока в катушке. Проведите аналогичные измерения, также записывая

результаты измерений в таблицу. Отметьте изменения показаний динамометра.

6. Нарисуйте катушку и обозначьте полюсы её магнитного поля.

7. Постройте график зависимости силы взаимодействия катушки с магнитом от силы тока, сделайте

вывод.

В т о р о й опыт

1. На штативе подвесьте витки из проволоки и соберите электрическую схему согласно рисунку 2.

2. Поднесите к мотку проволоки магнит и понаблюдайте за движением витков проволоки. Запишите

свои наблюдения.

3. Поверните магнит и поднесите его к виткам проволоки другим полюсом. Наблюдения запишите.

4. Измените направление тока в витках проволоки и поднесите к ним магнит сначала одним полюсом,

затем другим.

5. Покажите направление тока в витках проволоки.

6. Объясните результаты опытов.

_________________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 11. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Цель работы: изучить одно из самых важных явлений электромагнетизма — явление электромагнитной

индукции.

О б о р у д о в а н и е : источник тока, гальванометр, катушка 1, железный сердечник, U-образный магнит,

магнитная стрелка, реостат, ключ, витки проволоки или катушка 2, диаметр которой больше диаметра

катушки 1, соединительные провода.

Порядок в ы п о лн е ни я работы

1. Приставьте сердечник к одному из полюсов U-образяого магнита и

вдвиньте внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой гальванометра.

2. Повторите наблюдение, выдвигая сердечник из катушки, а также меняя

полюсы магнита.

3. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца в каждом

случае.

4. Наденьте вторую катушку или витки проволоки на первую катушку так,

чтобы их оси совпадали. Замкните гальванометр на витки или вторую катушку

5. Вставьте в обе катушки железный сердечник и присоедините первую

катушку через выключатель и реостат к источнику питания (см. рис. Л.5).

6. Замыкая и размыкая ключ, наблюдайте за отклонением стрелки гальванометра.

7. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнение правила Ленца.

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ

МАЯТНИКА

Цель р а б о т ы : определить ускорение свободного падения при помощи маятника, оценить

возможность и точность измерения ускорения данным способом.

О б о р у д о в а н и е : часы с секундной стрелкой, измерительная лента с погрешностью ∆

= 0,5 см,

шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом.

Порядок выполнения работы

1. Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите с помощью муфты кольцо и

подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1—2 см от пола.

2. Измерьте лентой длину l маятника (длина маятника должна быть не менее 50 см).

3. Возбудите колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5—8 см и отпустив его.

4. Измерьте в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислите t

5. Вычислите среднюю абсолютную погрешность измерения времени и результаты занесите в

таблицу.

6. Вычислите ускорение свободного падения.

7. Определите относительную погрешность измерения времени.

8. Определите относительную погрешность измерения длины маятника.

9. Вычислите относительную погрешность измерения.

10. Определите ∆g и запишите результат измерения в виде

ср

— ∆g ≤ g ≤ g

ср

+ ∆g

Убедитесь в достоверности измерений и проверьте принадлежность известного значения g

полученному интервалу.

________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 13. ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

Цель р а б о т ы : изучить законы преломления света и определить показатель преломления стекла.

О б о р у д о в а н и е : стеклянная пластина, лист миллиметровой бумаги, булавки или остро

заточенный карандаш, миллиметровая линейка, лазерная указка или источник света и щель,

позволяющие получить узкий световой пучок.

Порядок в ып ол не ни я р аб оты

1. Подготовьте бланк отчёта с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.

2. Направьте световой пучок так, чтобы он падал на грань пластины под углом. Убедитесь в том, что

пучок испытывает двукратное преломление (см. рис. Л.6).

3. Измерьте показатель преломления стекла относительно воздуха при каком—нибудь угле падения.

Результат измерения запишите с учётом вычисленных погрешностей.

4. Повторите то же при другом угле падения.

5. Сравните полученные результаты.

6. Сделайте вывод о зависимости (или независимости) показателя преломления от угла падения.

К о н т р о л ь н ы й в о п р о с

Чтобы определить показатель преломления стекла, достаточно измерить транспортиром углы α и β и

вычислить отношение их синусов. Какой из методов определения показателя преломления

предпочтительнее: этот или использованный в работе?

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ

И ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ

Цель работы: научиться практически получать и графически строить изображения в собирающей

линзе; определить оптическую силу линзы.

О б о р у д о в а н и е : линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза,

лампочка на подставке с колпачком, источник тока, выключатель, соединительные провода, экран,

направляющая рейка.

Поряд ок в ыпо лн ен ия работы

В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква в колпачке осветителя.

Действительное изображение этой буквы получают на экране.

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

2. Поставьте лампочку на один край стола, а экран — на другой край. Между ними поместите линзу,

включите лампочку и передвигайте линзу вдоль рейки, пока на экране не будет получено резкое

изображение светящейся буквы.

Для уменьшения погрешности измерений, связанной с настройкой на резкость, целесообразно

получить уменьшенное (и, следовательно, более яркое) изображение.

3. Измерьте расстояния d и f, обратив внимание на необходимость тщательного отсчёта расстояний.

При неизменном d повторите опыт несколько раз, каждый раз заново получая резкое изображение.

Вычислите f

ср

, D

, F

. Результаты измерений расстояний занесите в таблицу.

4. Вычислите абсолютную погрешность ∆D измерения оптической силы линзы.

5. Запишите результат в следующем виде: D

— ∆D ≤ D ≤ D

+ ∆D.

________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 15. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

Цель р а б о т ы : получить дифракционный спектр и определить длину волны света.

О б о р у д о в а н и е : дифракционная решётка 1 в держателе 2, линейка 3, по которой может

перемещаться экран 4 с узкой щелью 5 посередине, на экране линейка с миллиметровыми делениями

(рис. Л.9). Установка крепится на штативе 6. За экраном находится источник света.

Порядок в ы по лн е ни я работы

1. Соберите установку согласно рисунку. Экран должен находиться на расстоянии 50 см от

решётки.

2. Убедитесь в том, что если смотреть сквозь решётку и прорезь в экране на источник света,

то на чёрном фоне экрана наблюдаются дифракционные спектры первого и второго порядков.

Если картина смещена, то, перемещая решётку в держателе, установите её так, чтобы

дифракционные спектры были параллельны шкале экрана.

3. Составьте самостоятельно таблицу, куда вы будете заносить значения измеренных

величин.

4. Измерьте расстояния, равные 2х, между линиями сначала красного, а затем фиолетового цвета в

спектре первого порядка.

5. Измерьте расстояние l от дифракционной решётки до экрана.

6. Занесите в таблицу период d дифракционной решётки (d = 1,0*10

-5

м).

7. Вычислите длину волны красного цвета в спектре первого порядка справа и слева от щели в экране

по формуле λ = d*x/l, , определите среднее значение результатов измерений.

8. Повторите то же для фиолетового цвета.

9. Сравните полученные результаты с длинами волн красного и фиолетового цвета на рисунке V, 1

цветной вклейки.

К о н т р о л ь н ы й в о п р о с

Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного?

________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 16. ОЦЕНКА ИНФОРМАЦИОННОЙ ЁМКОСТИ КОМПАКТ—ДИСКА (CD)

Цель р а б о т ы : оценить объём информации, содержащейся на компакт—диске (CD).

Теоретическая часть

На применяемых в компьютерах компакт—дисках информация записывается в виде тёмных меток

(углублений), расположенных на витках спирали. При этом витки спирали тесно примыкают друг к

другу так, что каждый участок диска представляет собой практически

дифракционную решётку. Определив расстояние между дорожками и зная среднюю

длину дорожки, а также ширину участка диска, на котором произведена запись,

можно оценить количество содержащейся в нём информации. При этом следует

допустить, что расстояние между тёмными метками имеет то же значение, что и рас—

стояние между дорожками. Для определения этого расстояния можно рассмотреть

дифракционный спектр, полученный в отражённом свете от дифракционной

решётки, образованной дорожками на поверхности диска. При этом удобно

использовать монохроматический источник света — бытовой лазер или лазерную

указку. Направив луч лазера на край диска, можно наблюдать несколько

дифракционных максимумов (рис. Л. 10).

О б о р у д о в а н и е : компакт—диск (CD), пластилин, лазерная указка, лист бумаги, линейка с

миллиметровой шкалой, карандаш.

Порядок выполнения работы

1. Составьте таблицу и записывайте в неё результаты измерений, а также длину волны лазерного луча

(обычно λ = 0,6 мкм).

2. С помощью пластилина закрепите диск на столе таким образом, чтобы плоскость диска была

перпендикулярна плоскости стола.

3. Разместите лазерную указку на стопке тетрадей так, чтобы лазерный луч был параллелен столу,

направлен перпендикулярно диску и попадал на его рабочую поверхность. Расстояние между выходным

окном лазера и диском должно быть 100—150 мм.

4. Поместите лист бумаги за лазером и наблюдайте световые пятна, соответствующие различным

порядкам дифракции.

5. Проделайте в бумаге маленькое отверстие. Поместите лист бумаги на пути луча. Лазерный луч

должен проходить через отверстие и на бумаге должны появиться два симметричных пятна,

соответствующие спектру первого порядка.

6. Отметьте карандашом положения этих пятен.

7. Измерьте расстояние 2l между этими пятнами (см. рис. Л. 10).

8. Измерьте расстояние L между листом бумаги и диском.

9. Вычислите синус угла, соответствующий первому порядку дифракции.

10. Вычислите период решётки.

11. Измерьте линейкой ширину r рабочей зоны диска, т. е. ширину зеркальной зоны, и вычислите

число дорожек на диске: N

= r/d.

12. Определите средний радиус зеркальной зоны — от центра до середины зеркальной поверхности:

ср

= (R

+ R

)/2, где R

и R

— малый и большой радиусы зеркальной зоны диска.

13. Вычислите среднее количество информационных меток на дорожке: N

= 2πR

ср

/d.

14. Определите объём информации на диске — число бит: N

= N

* N

В этой работе не имеет смысла рассчитывать погрешности, так как вы выполнили только

приблизительную оценку объёма записанной на диске информации.

К о н т р о л ь н ы й в о п р о с

Сравните полученное значение со стандартным объёмом информации, записываемой на

подобном диске. За счёт чего у вас получилось другое значение?

____________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

№ 8. НАБЛЮДЕНИЕ СПЛОШНОГО И ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРОВ

Цель р а б о т ы : наблюдать разного вида спектры.

О б о р у д о в а н и е : проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном или гелием,

высоковольтный индуктор, источник питания, штатив, соединительные провода (эти приборы общие для

всего класса), стеклянная пластина со скошенными гранями (на каждого учащегося).

Порядок в ып ол н ени я ра бот ы

При попадании излучения нагретого твёрдого тела на призму мы получаем непрерывный (сплошной)

спектр, состоящий из участков, окрашенных в разные цвета. Если источником света является, например,

одноатомный газ, то мы получаем линейчатый спектр, состоящий из отдельных линий.

Наблюдать спектры можно с помощью дифракционной решётки, а также с помощью призмы. В

первом случае нам помогает явление дифракции света, а во втором — явление дисперсии. В этой работе

для наблюдения спектров мы используем явление дисперсии.

1. Расположите пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани, составляющие угол 45°,

наблюдайте светлую вертикальную полоску на экране — изображение раздвижной щели проекционного

аппарата.

2. Выделите основные цвета полученного сплошного спектра и запишите их в наблюдаемой

последовательности.

3. Повторите опыт, рассматривая полоску через грани, образующие угол 60°. Запишите различия

наблюдаемых спектров.

4. Наблюдайте линейчатые спектры водорода, гелия или неона, рассматривая светящиеся

спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины. Запишите наиболее яркие линии спектров.

5. Объясните, почему вид спектров различен в зависимости от способа его наблюдения, для этого

нарисуйте ход лучей при разных углах между гранями для лучей двух разных длин волн. Сделайте

выводы.

________________________________________________________________________________________

Фамилия, Имя обучающегося:____________________________________ Класс: _____

Дата:________ Оценка за лабораторную работу:_____ Учитель: ___________

Источник

Автор-составитель: Мамеева-Шварцман И.М.

Используемые источники материала:

Мякишев Г.Я. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский – М.: Просвещение, 2010
Парфентьева Н.А. Физика. Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс — М.: Просвещение, 2012

Издательство «МШИМ», 2013

243010, Брянская обл., Новозыбковский р-н, с.Шеломы, пер.Школьный, 5

Тел. +7 (920) 841 85 79

E-mail: mameeva-schvartsman@rambler.ru

МБОУ «Шеломовская средняя общеобразовательная школа»

ФИЗИКА

Базовый уровень

Тетрадь

для лабораторных работ

учени(ка/цы) 10 класса_______________________________

Фамилия, имя

(по учебнику Мякишева Г.Я.)

№	Тема работы	Отметка
1	Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести
2	Экспериментальное изучение закона сохранения механической энергии
3	Опытная проверка закона Гей-Люссака
4	Изучение последовательного и параллельного соединений проводников
5	Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока

Лабораторная работа № 1

«Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести»

Цель работы: определить разными способами центростремительное ускорение тела, равномерно движущегося по окружности.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой или кольцом, нить, измерительная лента или линейка, весы, кусочек пробки с отверстием, динамометр, бумага, циркуль, секундомер.

Порядок выполнения работы

Определите масу шарика на весах с точностью до 1 г.
Проденьте нить сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива. Если на штативе кольцо, то привяжите нить к кольцу.
Нарисуйте на листе бумаги окружность радиусом около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.
Штатив поставьте так, чтобы точка подвеса и шарик с нитью располагались над центром окружности.
Взяв нить у точки подвеса, вращайте шарик на нити так, чтобы он описывал окружность такого же радиуса, как на бумаге.
С помощью секундомера отсчитайте время, за которок шарик совершит целое число оборотов, например 30, 40, 50. Произведите три измерения.
Определите высоту конического маятника, т.е. высоту h. Для этого оттяните шарик, отклонив нить на угол, при котором шарик будет находиться над одной из точек окружности, поднимите лист бумаги так, чтобы он коснулся шарика, и измерьте расстояние по вертикали от бумаги до точки подвеса. Запишите значение h.
С помощью горизонтально расположенного динамометра оттяните шарик от вертикали на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте силу F1.

Результаты измерений

№ опыта	m, г	R, см	N	t, с	h, см	F1, Н

	—	—			—	—
	—	—			—	—

Результаты вычислений

№ опыта	ε – U, B	r = (ε – U)/I, Ом
2
3
4
rср = (r2 + r3 + r4)/3	—

Результаты и выводы

Запишите окончательные результаты измерений ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока в виде

ε – ∆U ≤ ε ≤ ε + ∆U

_________________________________________________________________

r — ∆r ≤ r’ ≤ r + ∆r

_________________________________________________________________

Сделайте вывод:

_________________________________________________________________

Дата:

Отметка за лабораторную работу № 5:

Учитель _____________ И.М. Мамеева-Шварцман

подпись

Лабораторная работа № 5

«Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока»

Цель работы: научиться собирать электрические схемы, измерять ЭДС источника тока, а также путём косвенных измерений определять его внутреннее сопротивление.

Оборудование: аккумулятор или батарейка, вольтметр, амперметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы

Соберите электрическую цепь согласно схеме.

Вспомните, что вольтметр включается в цепь параллельно, а амперметр — последовательно.

Замкните цепь и убедитесь в том, что ток по цепи идёт.
Разомкните цепь и измерьте ЭДС источника тока (опыт 1).
Замкните цепь и измерьте ток и напряжение при трёх положениях ползунка реостата (опыты 2-4).

Результаты измерений

№ опыта	U, В	I, А	ε, В
		—
			—
			—
			—

Расчёты

ЭДС равна напряжению, измеренному вольтметром при разомкнутой цепи. Это прямое измерение. Значение ε одинаково во всех дальнейших опытах.

Внутреннее сопротивление источника тока рассчитайте согласно таблице «Результаты вычислений».

Вычислив значения внутреннего сопротивления источника тока для каждого опыта, определите среднее значение этой величины.

Окончательно результаты запишите в следующем виде:

по формуле (1) aцс1 — ∆aцс1 ≤ aцс ≤ aцс1 + ∆aцс1

_________________________________________________________________

по формуле (2) aцс2 — ∆aцс2 ≤ aцс ≤ aцс2 + ∆aцс2

_________________________________________________________________

по формуле (3) aцс3 — ∆aцс3 ≤ aцс ≤ aцс3 + ∆aцс3

_________________________________________________________________

Выбрав разумную цену деления, отметьте на шкале области возможных значений центростремительного ускорения, определенного тремя способами. Выберите интервал, где эти области перекрываются.

Сделайте вывод:

_________________________________________________________________

Дата:

Отметка за лабораторную работу № 1:

Учитель _____________ И.М. Мамеева-Шварцман

подпись

Лабораторная работа № 2

«Экспериментальное изучение закона сохранения механической энергии»

Цель работы: научиться экспериментально определять значения потенциальной энергии поднятого над землёй тела и упруго деформированной пружины. Убедиться в том, что если в системе действуют только консервативные силы, то полная энергия системы остаётся постоянной.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр, линейка, груз на нити, набор картонок толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка.

Порядок выполнения работы

Соберите установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепите в лапке штатива. Привяжите груз к нити, а другой конец нити привяжите к крючку динамометра.
Измерьте вес груза Р. В данном случае вес груза равен силе тяжести: P = mg.
Измерьте длину нити, к которой привязан груз.
На нижнюю сторону груза нанесите немного краски. На стол под грузом положите картонку.
Поднимите груз до точки закрепления нити и отпустите груз. Убедитесь по отсутствию краски на картонке, что груз не коснулся её при падении. (Если на картонке оказалось пятнышко краски, то поднимите муфту штатива вместе с динамометром и грузом, а картонку немного сдвиньте)
Добавляя по одной картонке, повторяйте опыт до тех пор, пока на верхней картонке появится пятнышко краски.
Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой. Измерьте динамометром силу упругости Fупр max, а линейкой растяжение пружины ∆l, отсчитывая его от нулевого деления динамометра.
Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + ∆l. Обратите внимание на то, что эту высоту надо отсчитывать или как перемещение нижней точки груза, или как перемещение его центра тяжести.

Результаты вычислений

R1 = U1 / I1, Ом	R2 = U2 / I2, Ом	Rпосл = U3 / I3, Ом	Rпаралл = U4 / I4, Ом

Вычислите значения сопротивлений при последовательном и параллельном соединениях резисторов.

Расчёт по формулам

R1, Ом	R2, Ом	Rпосл = R1 + R2, Ом	Rпаралл = R1R2 / (R1 + R2), Ом

Оцените, насколько ошибки измерений повлияли на совпадение результатов вычислений в заполненных таблицах.

Запишите окончаьельные результаты измерений сопротивлений для каждого случая в виде:

R — ∆R ≤ R ≤ R + ∆R

_________________________________________________________________

Сделайте вывод о справедливости формул второй таблицы:

_________________________________________________________________

Дата:

Отметка за лабораторную работу № 4:

Учитель _____________ И.М. Мамеева-Шварцман

подпись

Лабораторная работа № 4

«Изучение последовательного и параллельного соединений проводников»

Цель работы: проверить основные закономерности последовательного и параллельного соединений проводников (резисторов), а также справедливость формул для определения эквивалентного сопротивления.

Оборудование: источник тока, резисторы, амперметр, вольтметр, реостат, соединительные провода, ключ.

Порядок выполнения работы

Соберите схему, состоящую из соединённых последовательно источника тока, реостата, амперметра, одного резистора.
Подключите к точкам С и D вольтметр параллельно резистору.
Замкните цепь и измерьте силу тока I1 и напряжение U1.
Замените первый резистор вторым и измерьте силу тока I2 и напряжение U2.
Подключите между точками С и D оба резистора последовательно. Параллельно им подключите вольтметр. Измерьте силу тока I3 и напряжение U3.
Соедините резисторы параллельно, подключите их между точками С и D, затем параллельно им подключите вольтметр. Измерьте силу тока I4 и напряжение U4.

Результаты измерений

I1, А	U1, В	I2, А	U2, В	I3, А	U3, В	I4, А	U4, В

Результаты измерений

Р, Н	l, см	∆l, см	h, см	Fупр max, Н

Окончательно возможные значения энергий E’1 и E’2 определите как интервалы

Е1 — ∆Е1 ≤ E’1 ≤ Е1 + ∆Е1

_________________________________________________________________

Е2 — ∆Е2 ≤ E’2 ≤ Е2 + ∆Е2

_________________________________________________________________

Несовпадение значений энергий объясняется неточностью эксперимента (т.е. погрешностями измерений).

На оси, выбрав цену делений, отметье возможные значения потенциальных энергий в двух состояниях системы.

Сделайте вывод:

_________________________________________________________________

Дата:

Отметка за лабораторную работу № 2:

Учитель _____________ И.М. Мамеева-Шварцман

подпись

Лабораторная работа № 3

«Опытная проверка закона Гей-Люссака»

Цель работы: проверить экспериментально выполнение закона Гей-Люссака.

Оборудование: запаянная с одной стороны стеклянная трубка длиной около 60 см и диаметром 8-10 мм, заполненный горячей водой большой сосуд высотой не менее 60 см и шириной не менее 5 см, малый сосуд (стакан) с водой комнатной температуры, пластилин, термометр для измерения температуры воды, линейка.

Порядок выполнения работы

Измерьте длину трубки l1.
Налейте в широкий сосуд горячую воду, опустите трубку открытым концом вверх. Подождите несколько минут. Измерьте температуру горячей воды t1.
Замажьте открытый конец трубки пластилином.
Опустите трубку закрытым пластилином концом в стакан с водой комнатной температуры. Подождите несколько минут, пока трубка остынет до комнатной температуры.
Измерьте температуру t2 воды в стакане.
Аккуратно выньте пластилин. Вода в трубке поднимется.
Опускайте трубку в стакан до тех пор, когда уровни воды в стакане и трубке станут равны.
Измерьте длину l2 столбика воздуха в трубке.

Результаты измерений

Отношение объёмов равно отношению длин воздушных столбиков в трубке: V1 / V2 = l1 / l2.

Окончательно результат можно записать в виде

V1 / V2 — ∆1 ≤ (V1 / V2)’ ≤ V1 / V2 + ∆2

_______________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________

Т1 / Т2 — ∆1 ≤ (Т1 / Т2)’ ≤ Т1 / Т2 + ∆2

_______________________________________________________________

Выбрав подходящую цену деления, изобразите на оси интервалы возможных значений отношений объёмов и температур. Убедитесь в том, что интервалы перекрываются.

Сделайте вывод:

_______________________________________________________________

Дата:

Отметка за лабораторную работу № 3:

Учитель _____________ И.М. Мамеева-Шварцман

подпись

Источник

Определение и анализ погрешностей измерения

Практическая (лабораторная) часть

I занятие

Оргмомент (как обычно)

Занятие №2. Анализ погрешностей измерения

Аналитическая часть

Описание презентации по отдельным слайдам:

Интересное по теме: