На данном уроке мы будем рассматривать практическое применение полученных знаний на примере проведения лабораторной работы по физике с целью измерения удельной теплоемкости твердого тела. Мы познакомимся с основным оборудованием, которое будет необходимо для проведения данного опыта, и рассмотрим технологию проведения практических работ по измерению физических величин.

1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру. Она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температуры воды и цилиндра сравняются.

2. Затем нальем в калориметр холодную воду и измерим ее температуру.

3. После этого поместим привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измерим установившуюся в результате теплообмена температуру (рис. 6).

Рис. 6. Ход выполнения лабораторной работы

Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен (рис. 7).

Рис. 7. Теплообмен

Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты:

, где:

Удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;

Масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;

Конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

Начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .

При остывании металлического цилиндра выделится количество теплоты:

, где:

Удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;

Масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;

Температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

Конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .

Замечание. В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.

Как было указано ранее, в процессе теплообмена количество теплоты, полученное водой, равно количеству теплоты, которое отдал металлический цилиндр:

Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:

Масса воды в калориметре	Начальная температура воды	Масса цилиндра	Начальная температура цилиндра	Конечная температура

Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .

Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Интернет-портал «5terka.com» ()
2. Интернет-портал «k2x2.info» ()
3. Интернет-портал «youtube.com» ()

Домашнее задание

1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?
2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?
3. *Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.

Лабораторная работа №8.

«Измерение диаметра и отклонений формы поверхности отверстия индикаторным нутромером».

Цель работы: Освоить приемы измерения индикаторным нутромером

диаметров отверстий и отклонения формы отверстия.

Задание: Измерить диаметром и отклонения формы поверхности

отверстия в деталях типа втулки индикаторным нутромером.

Оборудование: Индикаторный нутромер с головкой.

Концевые меры длины (КМД).

Принадлежности к КМД.

Детали типа втулки и её чертёж.

1. Теоретическая часть

Измерения отверстия допустимо, если ≤ т.е. предельная погрешность измерения головки меньше допускаемой погрешности измерения отверстия.

2. Индикаторный нутромер.

Основанием индикаторного нутромера служит трубка 4 (рис.1) с теплоизоляционной ручкой 6. Верхнее отверстие трубки с зажимом 8 служит для установки гильзы измерительной головки или индикатора часового типа.

В нижней части трубки расположена головка нутромера, состоящая из корпуса 9, центрирующего мостика11 и измерительных стержней-наконечников - подвижного 1 и жесткого 10. Перемещение наконечника 1 через рычаг 2, штек 3 и червяка 5 передаётся измерительной головке. Центрирующий мостик 2 устанавливает ось измерения нутромера (ось наконечникаа1 и 10) на совпадение с диаметром отверстия измеряемой детали (рис.2)

При измерении необходимо покачать нутромер в осевой плоскости в продольном сечении и найти минимальное положение по стрелке измерительной головки, т.е. перпендикулярны к обоим образующим отверстия.

Нутромеры с центрирующим мостиком выпускаются с диапазоном измерения: мм: 6…10; 10…18; 18…50; 50…100; 100…160; 160…250; 250…450; 450…700; 700…1000.

Для измерения отверстий малых диаметров принимаются нутромеры с шариковыми вставками (рис.3) шариковые вставки имеют диапазоны: мм: 3…6; 6…10; 10…18.

Для установки индикаторных нутромеров на «0» применяются установочные кольца или комплекты из концевых мер (КМД) и боковиков. Блок КМД подбирают и устанавливают в державку вместе с боковиками. Действия при установки на «0» аналогичны действиям при измерении детали.

2.1 Измерительная головка.

Измерительная головка преобразуют малые перемещения измерительного наконечника в большие перемещения стрелки отчетного устройства.

На рис.4 показан индикатор часового типа. Измерительный стержень 1 индикатора имеет рейку, которая зацепляется с зубчатым колесом 5 и через передаточное колесо 9 передает движение трубке 9 и стрелки 8. Для установки на «0» круглая шкала циферблата поворачивается вместе с ободком 2. Стрелка 6 показывает количество оборотов стрелки 8.

Индикаторы часового типа имеют диаметр гильзы 8мм, ход измерительного стержня 2; 5 или 10мм и цену деления 0,01мм.

У рычажно-зубчатых измерительных головок перемещение измерительного наконечника (поворачивает) через систему рычагов передаются зубчатому сектору, который поворачивает зубчатое колесо и сидящую на оси колеса стрелку. Головки имеют цену деления 0,001 мм и 0,002 мм, диапазон измерений ± 0,05мм…5мм (многооборотные).

2.2 Подготовка к измерению.

1.Закрепить измерительную головку в трубке нутромера. Для этого вставить гильзу измерительной головки в отверстие трубки так, чтобы шарик измерительного наконечника коснулся торца штока и шкала циферблата обращена в сторону с центрирующим мостиком и закрепить зажимом измерительную головку, при этом стрелка должна сделать полный оборот. При этом необходимо сохранить свободу перемещения измерительного стержня головки.

2. Набрать блок КМД согласно номинального размера отверстия и закрепить его между боковиками в державку для КМД. Предварительно протерев плитки и боковики бензином. Протереть выветренную поверхность отверстия чистой тканью.

3. проверить на соответствие пределов измерения нутромера размеру измерительного отверстия. В случае их несоответствия заменить сменный измерительный стержень или подобрать набор удлинителей и шайб к жесткому составному стержню (в зависимости от типа нутромера).

2.3 Установка нутромера на «0».

1.Взять нутромер за теплоизоляционную ручку и ввести глубомерный стержень между боковиками.

2.Наблюдая за стрелкой головки и перемещая нутромер между боковиками путем покачивания и вращения вокруг оси трубки (см.схему) установить нутромер в положение, совпадающее с наименьшим расстояние между измерительными поверхностями боковиков. При этом стрелка дойдет до самого дальнего *(по часовой стрелке) деления и повернет обратно. Для обоих видов движения (покачивая и поворота) это деление должно совпасть.

3.Запомнить это деление, вынуть нутромер из боковиков и ободком циферблата (или винтом установки на «0») повернуть шкалу в замеченное положение.

4.Проверить установку на «0». В правом положении стрелка индикатора должна показать на 0.

2.4 Измерение диаметра отверстия.

1.Взять нутромер правой рукой за теплоизоляционную ручку и передерживая деталь левой рукой ввести нутромер в отверстие измеряемой детали измерительной головкой вверх и шкалой к себе. Для этого подвижный стержень с мостиком нужно ввести на небольшую глубину путем наклона нутромера, а затем выпрямить его так, чтобы жесткий стержень уперся в противоположную стенку отверстия.

2.Продвинуть нутромер до нужного сечения и, покачивая его в вертикальной плоскости от себя – на себя, заметить самое дальнее деление шкалы, до которого доходит стрелка.

Отклонение стрелки от «0» по часовой стрелки показывает уменьшение размера диаметра отверстия и знак «-», а отклонение против часовой стрелки – уменьшение диаметра и знак«+».

4.Снять показание нутромера с учетом цены деления шкалы головки и знака и записать его в таблицу отсчета. Измерения провести для каждого сечения в двух взаимно-перпендикулярных направлениях.

Рис. 1Индикаторный нутромер

Рис. 4 Индикатор часового типа

3.Результаты измерения.

1.С учетом номинального размера блока КМД посчитать действительные размеры детали.

2.Сравнгить размеры детали с допускаемыми предельными размерами и дать заключение о годности детали.

Рассмотрев размеры детали по сечениям, определить отклонения формы детали от цилиндричности.

3.Заполнить отчет по работе.

После проверки результатов измерений преподавателем нутромер, головку, КМД и принадлежности к ним протереть сухой тканью и уложить в футляры. Провести в порядок рабочее место.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика М.Ф. Решетнева

Кафедра технической физики

Лабораторная работа №8

ЧЕТЫРЕХЗОНДОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Твердотельная электроника»

Составитель: Паршин А.С.

Красноярск 2003

Лабораторная работа №8. Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников1

Теория метода. 1

Экспериментальная установка. 3

Порядок выполнения работы.. 5

Требования к оформлению отчета. 7

Контрольные вопросы.. 7

Литература. 7

Лабораторная работа №8. Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников

Цель работы: исследование температурной зависимости удельного электросопротивления полупроводника четырехзондовым методом, определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Теория метода

Четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления полупроводников является самым распространенным. Преимущество этого метода состоит в том, что для его применения не требуется создания омических контактов к образцу, возможно измерение удельного сопротивления образцов самой разнообразной формы и размеров. Условием его применения с точки зрения формы образца является наличие плоской поверхности, линейные размеры которой превосходят линейные размеры системы зондов.

Схема измерения сопротивления четырехзондовым методом представлена на рис. 1. На плоской поверхности образца вдоль прямой линии размещены четыре металлических зонда с малой площадью соприкосновения. Расстояния между зондами s 1 , s 2 и s 3 . Через внешние зонды 1 и 4 пропускают электрический ток I 14 , на внутренних зондах 2 и 3 измеряют разность потенциалов U 23 . По измеренным значениям I 14 и U 23 можно определить удельное сопротивление полупроводника.

Чтобы найти расчетную формулу для удельного сопротивления, рассмотрим вначале задачу о распределении потенциала вокруг отдельного точечного зонда (рис.2). Для решения этой задачи необходимо записать уравнение Лапласа в сферической системе координат, т.к. распределение потенциала имеет сферическую симметрию:

.(1)

Решение уравнения (1) при условии, что потенциал при r=0 положителен, стремится к нулю, при очень больших r имеет следующий вид

Константу интегрирования С можно вычислить из условия для напряженности электрического поля Е на некотором расстоянии от зонда r=r 0 :

.

Так как плотность тока, протекающего через полусферу радиусом r 0 , j = I /(2π r 0 2), а в соответствии с законом Ома j = E /ρ , то E (r 0 )=I ρ/ (2π r 0 2).

Таким образом

Если радиус контакта r 1 , то потенциал его острия

Очевидно, что это же значение имеет потенциал на образце в точке его контакта с зондом. Согласно формуле (3), следует, что основное падение напряжения происходит в приконтактной области и, следовательно, значения протекающего через образец тока определяется сопротивлением приконтактной области. Протяженность этой области тем меньше, чем меньше радиус зонда.

Электрический потенциал в любой точке образца можно найти как алгебраическую сумму потенциалов, создаваемых в этой точке током каждого зонда. Для тока, втекающего в образец, потенциал имеет положительное значение, а для тока, вытекающего из образца, - отрицательное. Для системы зондов, показанных на рис. 1, потенциалы измерительных зондов 2 и 3

;

.

Разность потенциалов между измерительными контактами 2 и 3

Отсюда удельное сопротивление образца

.(5)

Если расстояния между зондами одинаковы, т.е. s 1 =s 2 =s 3 =s , то

Таким образом, для измерения удельного электросопротивления образца четырехзондовым методом достаточно измерить расстояние между зондами s , падение напряжения U 23 на измерительных зондах и ток, протекающий через образец I 14 .

Экспериментальная установка

Измерительная установка реализована на базе универсального лабораторного стенда. В данной лабораторной работе используются следующие приборы и оборудование:

1. Термокамера с образцом и измерительной головкой;

2. Источник постоянного тока ТЕС-41;

3. Источник постоянного напряжения Б5-47;

4. Универсальные цифровые вольтметры В7-21А;

5. Соединительные провода.

Блок-схема экспериментальной установки показана на рис. 3.

Образец помещается на измерительный столик термокамеры . Измерительная головка прижимается пружинным механизмом манипулятора к плоской полированной поверхности образца. Внутри измерительного столика располагается нагреватель, питание которого осуществляется от стабилизированного источника постоянного тока ТЕС-41, работающего в режиме стабилизации тока. Температура образца контролируется с помощью термопары или термосопротивления . Для ускорения процесса измерения можно пользоваться градуированными кривыми, представленными в приложении, которые позволяют определить температуру образца по току нагревателя. Величина тока нагревателя измеряется встроенным в источник тока амперметром.

Ток через контакты 1 и 4 создается с помощью регулируемого стабилизированного источника постоянного тока Б7-47 и контролируется универсальным цифровым прибором В7-21А, включенном в режиме амперметра. Напряжение, возникающее между измерительными зондами 2 и 3, регистрируется высокоомным цифровым вольтметром В7-21А. Измерения необходимо поводить при наименьшем токе через образец, определяемый возможностью измерения малых напряжений. При больших токах возможен нагрев образца, искажающий результаты измерений. Уменьшение рабочего тока одновременно снижает модуляцию проводимости образца, вызванную инжекцией носителей заряда при протекании тока.

Основной проблемой при измерении электросопротивления зондовыми методами является проблема контактов. Для высоковакуумных образцов иногда необходимо проводить электрическую формовку контактов для получения малых контактных сопротивлений. Формовку контактов измерительного зонда осуществляют кратковременной подачей на измерительный зонд постоянного напряжения несколько десятков или даже сотен Вольт.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с описанием приборов, необходимых для выполнения работы. Собрать схему измерительной установки согласно рис. 3. При подключении универсальных вольтметров В7-21А обратить внимание, что один должен работать в режиме измерения напряжения, другой – измерения тока. На схеме они обозначены значками " U " и " I " соответственно. Проверить правильность установки переключателей режимов на этих приборах.

2. После проверки правильности сборки измерительной установки преподавателем или инженером включить вольтметры и источник напряжения Б7-47.

3. Установить напряжение источника Б7-47 равным 5В. Если напряжение и сила тока на образце меняется со временем, то провести с помощью преподавателей пли инженера электрическую формовку контактов измерительного зонда.

4. Провести измерения падения напряжения U + 23 и U – 23 при разных направления тока I 14 . Полученные значения напряжения усредняют для ого, чтобы исключить таким образом продольную термо-ЭДС , возникающую на образце вследствие градиента температуры. Данные эксперимента и расчетов значений напряжений занести в таблицу 1.

Форма таблицы 1

	I нагр, А	Т, K	I 14, мА	U + 23 , В	U – 23 , В

5. Повторить измерения при другой температуре образца. Для этого необходимо установить ток нагревателя термокамеры I нагр, =0.5 А , подождать 5–10 минут, чтобы температура образца стабилизировалась, и записать показания приборов в таблицу 1. Температуру образца определить по градуировочной кривой, представленной в приложении.

6. Аналогично измерения сделать последовательно для значений тока нагревателя 0.9, 1.1, 1.2, 1.5, 1.8 А. Результаты всех измерений занести в таблицу 1.

7. Обработать полученные экспериментальные результаты. Для этого, используя результаты, представленные в таблице 1, вычислить 10 3 /Т , удельное электросопротивление образца при каждой температуре ρ по формуле (6), удельную электропроводность

натуральный логарифм удельной электропроводности ln σ . Все результаты расчетов занести в таблицу 2.

Форма таблицы 2

	T,K	, K -1	ρ, Ом·м	σ, (Ом · м) -1	ln σ

8. Построить график зависимости . Проанализировать ход кривых, отметить области примесной и собственной проводимостей. краткое описание задачи, поставленной в работе;

· схему измерительной установки;

· результаты измерений и расчетов;

· график зависимости ;

· анализ полученных результатов;

· выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Собственные и примесные полупроводники. Зонная структура собственных и примесных полупроводников. Ширина запрещенной зоны. Энергия активации примеси.

2. Механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников.

3. Температурная зависимость электропроводности собственных полупроводников.

4. Температурная зависимость электропроводности примесных полупроводников.

5. Определение ширины запрещенной зоны и энергия активации примеси по температурной зависимости удельной электропроводности.

6. Четырехзондовый метод измерения электросопротивления полупроводников: область применения, его преимущества и недостатки.

7. Задача о распределении потенциала электрического поля вблизи зонда.

8. Вывод расчетной формулы (6).

9. Схема и принцип работы экспериментальной установки.

10. Объясните экспериментально полученный график зависимости , как из этого графика определили ширину запрещенной зоны?

Литература

1. Павлов Л.П. методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учебник для вузов. – М.: Высш . шк ., 1987.- 239 с.

2. Лысов В.Ф. Практикум по физике полупроводников. –М .: Просвещение, 1976.- 207 с.

3. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника: Учаб . для студентов вузов. – М.: Высш . шк ., 1986.- 304 с.

4. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Наука, 1978.- 792 с .

5. Шалимова К.В. Физика полупроводников: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1971.- 312 с .

6. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов. – М.: Высш . шк ., 1982.- 608 с.

Урок 47. Лабораторная работа 8

Измерение скорости неравномерного движения

Бригада__________________

__________________

Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения, штатив.

Цель работы: доказать, что тело, движущееся прямолинейно по наклонной плоскости, движется равноускоренно и найти значение ускорения.

На уроке во время демонстрационного эксперимента мы убедились, что если тело не касается наклонной плоскости, вдоль которой движется (магнитная левитация), то его движение является равноускоренным. Перед нами стоит задача понять, как будет двигаться тело, в том случае, когда оно скользит по наклонной плоскости, т.е. между поверхностью и телом существует сила трения, которая препятствует движению.

Выдвинем гипотезу, что тело по наклонной плоскости скользит, тоже равноускоренно и проверим ее экспериментально, построив график зависимости скорости движения от времени. При равноускоренном движении этот график представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат. Если построенный нами график, с точностью до погрешности измерений, можно будет считать прямой линией, то движение на исследованном отрезке пути можно считать равноускоренным. В противном случае это более сложное неравномерное движение.

Для определения скорости в рамках нашей гипотезы воспользуемся формулами равнопеременного движения. Если движение начинается из состояния покоя, то V = at (1), где а - ускорение, t – время движения, V -скорость тела в момент времени t . Для равноускоренного движения без начальной скорости справедливо соотношение s = at 2 /2 , где s – путь пройденный телом за время движения t. Из этой формулы a =2 s / t 2 (2).Подставим (2) в (1), получим: (3). Итак, чтобы определить скорость тела в данной точке траектории, достаточной измерить его перемещение из начального пункта до этой точки и время движения.

Расчет границ погрешностей. Скорость находится из эксперимента путем косвенных измерений. Прямыми измерениями мы находим путь и время, а затем по формуле (3) скорость. Формула для определения границы погрешности скорости в данном случае имеет вид:(4).

Ценка полученных результатов. В силу того, что в измерениях расстояния и времени присутствуют погрешности, значения скорости V не лягут точно на прямую (Рис 1,черная линия ). Чтобы ответить на вопрос, можно ли считать исследуемое движение равноускоренным необходимо вычислить границы погрешностей изменения скорости, отложить эти погрешности на графике для каждой измененной скорости(красные полоски), п остроить коридор(пунктирные линии),

Не выходящий за границы погрешностей. Если это возможно, то такое движение при данной погрешности измерений, можно считать равноускоренным. Прямая линия (синяя), выходящая из начала координат, расположенная полностью в этом коридоре и проходящая как можно ближе к измеренным значениям скоростей является искомой зависимостью скорости от времени: V =at. Чтобы определить ускорение надо взять на графике произвольную точку и разделить значение скорости в этой точке V 0 на время в ней же t 0:а= V 0 / t 0 (5).

Ход работы:

1. Собираем установку для определения скорости. Направляющую рейку закрепляем на высоте 18-20 см. Размещаем каретку в самом верху рейки и датчик располагаем так, чтобы секундомер включался в момент начала движения каретки. Второй датчик последовательно расположим примерно на расстояниях: 10, 20, 30, 40 см для проведения 4 опытов. Данные заносим в Таблицу.

2. Производим 6 пусков каретки для каждого положения второго датчика, всякий раз занося в Таблицу показания секундомера. Таблица

Скорость		Скорость		Скорость		Скорость

3. Вычисляем среднее значение времени движения каретки между датчиками – t ср.

4. Подставляя значения s и t ср в формулу (3) определяем скорости в точках, где установлен второй датчик. Данные заносим в Таблицу.

5. Строим график зависимости скорости движения каретки от времени.

6

Погрешность измерения пути и времени:

∆s= 0,002 м, ∆t=0,01 c.

7. По формуле (4) находим ∆V для каждого значения скорости. В данном случае время t в формуле, это t ср.

8. Найденные значения ∆V откладываем на графике для каждой построенной точки.

. Строим коридор погрешностей и смотрим, попадают ли в него рассчитанные скорости V.

10. Проводим в коридоре погрешностей из начала координат прямую V=at и определяем по графику значение ускорения а по формуле (5): а=

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа №5

Лабораторная работа №5

Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы .

Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, источник тока, выключатель, соединительные провода, экран, направляющая рейка.

Теоретическая часть:

Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния линзы основан на использовании формулы линзы

d – расстояние от предмета до линзы

f – расстояние от линзы до изображения

F – фокусное расстояние

Оптической силой линзы называют величину

В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква в колпачке осветителя. Действительное изображение этой буквы получают на экране.

Изображение действительное перевернутое увеличенное:

Изображение мнимое прямое увеличенное:

Примерный ход работы:

F = 8 см = 0,08 м

F = 7 см = 0,07 м

F = 9 см = 0,09 м

Лабораторная работа по физике №3

Лабораторная работа по физике №3

ученицы 11 класса «Б»

Алексеевой Марии

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника.

Оборудование:

Теоретическая часть:

Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускорение свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10 -5 м/с 2 .

В работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен

Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период

И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле

Проведение эксперимента:

Установить на краю стола штатив.

У его верхнего конца укрепить с помощью муфты кольцо и повесить к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1-2 см от пола.

Измерить лентой длину l маятника.

Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.

Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислить t ср:

Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерения времени и результаты занести в таблицу.

Вычислить ускорение свободного падения по формуле

Определить относительную погрешность измерения времени.

Определить относительную погрешность измерения длины маятника

Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле

Вывод: Получается, что ускорение свободного падения, измеренное при помощи маятника, приблизительно равно табличному ускорению свободного падения (g=9,81 м/с 2) при длине нити 1 метр.

Алексеева Мария, ученица 11 “Б” класса гимназии № 201 , г. Москва

Учитель физики гимназии № 201 Львовский М.Б.

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 4

Измерение показателя преломления стекла

ученицы 11 класса «Б» Алексеевой Марии.

Цель работы: измерение показателя преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции.

Теоретическая часть: показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле:

Таблица вычислений:

Вычисления:

n пр1=AE 1 / DC 1 =34мм/22мм=1,5

n пр2=AE 2 / DC 2 =22мм/14мм=1,55

Вывод: Определив показатель преломления стекла, можно доказать что это величина не зависит от угла падения.

Лабораторная работа №6

Лабораторная работа №6.

Измерение световой волны.

Оборудование: дифракционная решетка с периодом 1/100 мм или 1/50 мм.

Схема установки:

1. Держатель.

2. Черный экран.

   Узкая вертикальная щель.

Цель работы: экспериментальное определение световой волны с помощью дифракционной решетки.

Теоретическая часть:

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными помежутками.

Источник

Длина волны определяется по формуле:

Где d – период решетки

k – порядок спектра

Угол, под котором наблюдается максимум света

Уравнение дифракционной решетки:

Поскольку углы, под которыми наблюдается максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5 , можно вместо синусов углов использовать их тангенсы.

Следовательно,

Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние b – по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра.

Окончательная формула для определения длины волны имеет вид

В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра.

Примерный ход работы:

b=8 см, a=1 м; k=1; d=10 -5 м

(красный цвет)

d – период решетки

Вывод: Измерив экспериментально длину волн красного света с помощью дифракционной решетки, мы пришли к выводу, что она позволяет очень точно измерить длины световых волн.

Урок 43

Урок 43. Лабораторная работа 7

Измерение ускорения тела

Бригада ____________________

____________________

Цель исследования: измерить ускорение движения бруска по прямому наклонному желобу.

Приборы и материалы: штатив, направляющая рейка, каретка, грузы, датчики времени, электронный секундомер, поролоновая подставка.

Теоретическое обоснование работы:

Определение ускорения тела будем производить по формуле: , где v 1 и v 2 мгновенные скорости тела в точках 1 и 2, измеренные в моменты времени t 1 и t 2 , соответственно. За ось Х выберем линейку, расположенную вдоль направляющей рейки.

Ход работы:

1. Выберем на линейке две точки х 1 и х 2 , в которых будем измерять мгновенные скорости и занесем их координаты в Таблицу 1.

Таблица 1.

Точки на оси Х для измерения мгновенной скорости		Δх 1 = х ’ 1 - х 1 Δх 1 = см				Δх 2 = х ’ 2 - х 2 Δх 2 = см
Определение интервалов времени	Δt 1 = t ’ 1 - t 1 Δ t 1 = c			Δt 2 = t ’ 2 - t 2 Δ t 2 = c
Определение мгновенной скорости	v 1 = Δх 1 / Δt 1 v 1 = м/c		v 2 = Δх 2 / Δt 2 v 2 = м/с		Δ v = м/c
Определение интервала времени между точками измерения скоростей	Δ t = с
Определение ускорения каретки

2. Выберем на линейке точки х ’ 1 и х ’ 2 конечные точки интервалов для измерения мгновенных скоростей и рассчитаем длины отрезков Δх 1 и Δх 2 .

3. Установим датчики измерения времени сначала в точках х 1 и х ’ 1 , запустим каретку и запишем измеренный интервал времени прохождения каретки между датчиками Δ t 1 в таблицу.

4. Повторим измерение для интервала Δ t 2 , времени за которое каретка проходит между точками х 2 и х ’ 2 , установив датчики в эти точки и запустив каретку. Данные также занесем в таблицу.

5. Определим мгновенные скорости v 1 и v 2 в точкахх 1 и х 2 , а так же изменение скорости между точками Δ v , данные заносим в таблицу.

6. Определим интервал времени Δ t = t 2 - t 1 , которое затратит каретка на прохождение отрезка между точками х 1 и х 2 . Для этого расположим датчики в точках х 1 и х 2 , и запустим каретку. Время, показанное секундомером, заносим в таблицу.

7. Рассчитаем ускорение каретки а по формуле. Полученный результат занесем в последнюю строку таблицы.

8. Делаем вывод, с каким движением мы имеем дело.

Вывод: ___________________________________________________________

___________________________________________________________________

9. Аккуратно разбираем установку, сдаем работу, и с чувствами исполненного долга и собственного достоинства покидаем класс.

Лабораторная работа по физике №7

Ученицы 11 класса «Б» Садыковой Марии

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

Оборудование: проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном или гелием, высоковольтный индуктор, источник питания, штатив, соединительные провода, стеклянная пластина со скошенными гранями.

Цель работы: с помощью необходимого оборудования наблюдать (экспериментально) сплошной спектр, неоновый, гелиевый или водородный.

Ход работы:

Располагаем пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани наблюдаем на экране изображение раздвижной щели проекционного аппарата. Мы видим основные цвета полученного сплошного спектра в следующем порядке: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный.

Данный спектр непрерывен. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. Таким образом, мы выяснили, что сплошные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.

Мы видим множество цветных линий, разделенных широкими темными полосами. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенной длины волны.

Водородный спектр: фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый.

Наиболее яркой является оранжевая линия спектра.

Спектр гелия: голубой, зеленый, желтый, красный.

Наиболее яркой является желтая линия.

Основываясь на нашем опыте, мы можем сделать вывод, что линейчатые спектры дают все вещества в газообразном состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.

Урок 37

Урок 42 . Лабораторная работа №5.

Зависимость силы электромагнита от силы тока

Бригада ___________________

___________________

Цель работы: Установить зависимость между силой тока, протекающего по катушке электромагнита, и силой, с которой электромагнит притягивает металлические предметы.

Приборы и материалы: катушка с сердечником, амперметр, переменное сопротивление (реостат), динамометр, блок питания, гвоздь, соединительные провода, ключ, штатив с держателем, металлическая подставка под магнитные детали.

Ход работы:

1. Соберите установку, показанную на рисунке. Закрепите лапку держателя в верхней части штатива. В держателе зажмите верхнюю часть динамометра, как показано на рисунке. Привяжите к гвоздю нитку, так чтобы она попала в углубление на остром конце гвоздя и не соскакивала с него. С противоположной стороны нити сделайте петлю и повесьте гвоздь на крючок динамометра.

Запишите показания динамометра. Это вес гвоздя, он вам понадобится при измерении силы магнита:

3. Собрать электрическую цепь, показанную на рисунке. Питание не включать, пока преподаватель не проверить правильность сборки.

4. Замкнуть ключ и, вращая реостат от максимального левого до максимального правого положения определить диапазон изменения тока цепи.

Ток меняется от___А до ____А.

5. Выберите три значения тока, максимальное и два меньших и занесите

Их во второй столбец таблицы. Вы проведете три опыта с каждым значением тока.

6. Замкните цепь и установите на амперметре с помощью реостата первое выбранное вами значение тока.

7. Прикоснитесь сердечником катушки к шляпке висящего на динамометре гвоздя. Гвоздь прилип к сердечнику. Опускайте катушку вертикально вниз и следите за показаниями динамометра. Запомните показания динамометра в момент отрыва катушки и занесите его в колонку F 1 .

8. Повторите еще два раза опыт с этой силой тока. Значения силы на динамометре в момент отрыва гвоздя занесите в колонки F 2 и F 3 . Они могут немного отличаться от первого из-за неточности измерения. Найдите среднее магнитной силы катушки по формуле F cp = (F 1 +F 2 +F 3)/3 и занесите колонку «Средняя сила».

9. Динамометр показывал значение силы равное сумме веса гвоздя и магнитной силы катушки: F = P + F M . Отсюда сила катушки равна F M = F – P. Вычтите из F cp вес гвоздя Р и результат запишите в колонку «Магнитная сила».

Номер	Сила тока I, А	Показания динамометра F, Н			Средняя сила F cp , Н	Магнитная сила F M , Н

10. Повторите опыты дважды с другими силами тока и заполните оставшиеся ячейки таблицы.

I,A 1. Постройте график зависимости магнитной силы F M от силы тока I .

скорости Оборудование ... лабораторные работы Новая лабораторная работа Тема 4 Лабораторная работа №6. Измерение естественного...

Авдеева исследовательские работы по экологии введение

Автореферат диссертации

Оценки скорости течения воды провести измерения скорости течения воды Оборудование : ... практикума, на уроках географии 7 класса в качестве лабораторной работы «Изучение... автомобилей отличается значительной неравномерностью в пространстве и времени...

Цель – определить момент инерции тела методом крутильных колебаний.

Приборы и материалы : измерительная установка, набор тел, секундомер.

Описание установки и метода измерения

Измерительная установка представляет собой круглый диск, подвешенный на упругой стальной проволоке и предназначенный для помещения тел, момент инерции которых следует определить (рис. 8.1).

Рис. 8.1

Прибор центруется при помощи двух подвижных грузов, закрепленных на диске. Поворачивая диск прибора на некоторый угол вокруг вертикальной оси, закручивают стальной подвес.

При повороте тела на угол  проволока закручивается и возникает момент сил M , стремящийся вернуть тело в положение равновесия. Эксперимент показывает, что в довольно широких пределах момент сил М пропорционален углу закручивания  , т. е.
(сравните: упругая сила
). Отпускают диск, предоставляя ему возможность совершать крутильные колебания. Период крутильных колебаний определяется выражением
, гдеf – модуль кручения; J – момент инерции колеблющейся системы.

Для прибора
. (8.1)

Равенство (8.1) содержит две неизвестные величины f и J пр . Поэтому необходимо повторить опыт, предварительно поместив на диск установки эталонное тело с известным моментом инерции. В качестве эталона взят сплошной цилиндр, момент инерции которого J эт .

Определив новый период колебаний прибора с эталоном, составляем уравнение, аналогичное уравнению (8.1):

. (8.2)

Решая систему уравнений (8.1) и (8.2), определяем модуль кручения f и момент инерции прибора J пр при данном положении грузов. (Вывод расчетных формул для f и J пр сделайте самостоятельно при подготовке к лабораторной работе и приведите его в отчете). Сняв эталон, помещают на диск прибора тело, момент инерции которого относительно оси прибора нужно определить. Установку центрируют и вновь определяют период крутильных колебаний T 2 , который в этом случае запишется в виде

. (8.3)

Зная иf , рассчитывают момент инерции тела относительно оси прибора на основании формулы (8.3).

Данные всех измерений и расчетов заносят в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Измеряемые и расчетные величины для определения момента инерции методом крутильных колебаний

	t пр	T пр	t 1	T 1	t 2	T 2
		< T пр >=	< T 1 >= < ¦ >= < J пр >=	< T 2 >= < J т >

Задание 1. Определение периодов крутильных колебаний прибора, прибора с эталоном, прибора с телом

1. Замерить секундомером время t пр 20–30 полных колебаний прибора и определить
.

2. Опыт повторить 5 раз и определить < T пр > .

3. Поместить на диск прибора эталон и аналогично определить < T 1 >.

4. Поместить на диск прибора тело, установку отцентрировать, определить < T 2 > .

Результаты измерений занести в табл. 8.1