|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Учета выполнения и защиты лабораторных работ
Учета выполнения и защиты лабораторных работ студента _______ группы ____ курса ______________________ факультета __________________________________________________________________ ( Ф. И. О. студента)
Содержание
Введение. .............................................................................................. 3 Лабораторная работа №1. Измерительные приборы и правила пользования ими. Обработка результатов измерений.................................................... 13 Лабораторная работа №2. Изучение законов равноускоренного движения на машине Атвуда................................................................................... 17 Лабораторная работа №3. Определение ускорения свободного падения при помощи оборотного маятника (метод Бесселя)............................................... 23 Лабораторная работа №4. Изучение вращательного движения твердого тела на приборе Обербека.............................................................................. 30 Лабораторная работа №5. Определение момента инерции тела с использованием упругого подвеса и проверка теоремы Гюй-генса-Штейнера......... 35 Лабораторная работа №6. Определение скорости полета пули с помощью крутильно-баллистического маятника............................................... 41 Лабораторная работа №7. Определение момента инерции и проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера с помощью трифилярного подвеса методом крутильных колебаний............................................................................................ 46 Лабораторная работа №8. Определение модуля Юнга по растяжению проволоки............................................................................................................. 51 Лабораторная работа №9. Определение модуля упругости по изгибу бруса 55 Лабораторная работа №10. Определение момента инерции махо-вого колеса и силы трения в опоре.................................................................................... 60 Лабораторная работа №11. Определение коэффициентов трения качения 64 Лабораторная работа №12. Определение модуля сдвига по мето-ду кручения стержня................................................................................................ 70 Приложение. ...................................................................................... 74 Литература. ....................................................................................... 77
Введение Лабораторные работы по физике вместе с демонстрационным экспериментом составляют экспериментальную основу изучения курса физики в вузе. При выполнении лабораторных работ студенты приобретают практические навыки работы с различными приборами и установками, знакомятся с методами экспериментальных исследований, осваивают правила обработки полученных результатов и расчета погрешностей, изучают графические методы исследования. Лабораторный практикум способствует более глубокому и осмысленному восприятию материала курса физики вуза. В рабочей тетради дано описание двенадцати лабораторных работ по разделу «Механика». Работы подобраны таким образом, чтобы охватить все основные темы этого раздела: кинематика, динамика, механика твердого тела, упругие свойства тел. Структура описания каждой лабораторной работы: название работы, ее целевое назначение, приборы и оборудование, теория работы и теория метода измерений, описание установки и ход работы, контрольные вопросы, литература. Содержание приведенной теории к однотипным (по конечной цели) работам, в которых используются разные методы исследований, несколько различается по подходу к излагаемому вопросу, что позволяет студентам более глубоко осмыслить его. В приложении к пособию имеются справочные таблицы, данные которых необходимы для выполнения лабораторных работ. Инструкция №19 по охране труда для студентов, занимающихся в лабораториях физического факультета I. Общие требования безопасности 1.1.К работе в лабораториях физического факультета допускаются студенты, которые получили инструктаж преподавателя и хорошо усвоили требования безопасности. Студенты должны выполнять работу только в присутствии проводящего занятия преподавателя или лаборанта и только под его руководством. 1.2. Допуск посторонних лиц в лабораторию физики в момент проведения занятий разрешается только преподавателем физики. 1.3. Соблюдение требований настоящей инструкции обязательно для студентов, работающих в лаборатории физики. 1.4. Во время проведения работы на студентов могут воздействовать следующие опасные и вредные факторы: • колющие и режущие инструменты; • высокая температура; • электрическое напряжение; • ионизирующие излучения; • лазерное излучение; • химические вещества; • поля высокой напряженности; • возможен взрыв вакуумных приборов или приборов, находящихся под давлением. ПОМНИТЕ, ЧТО ОПАСНО ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ И ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЛЮБОЙ ВЕЛИЧИНЫ, ЕСЛИ НЕ СОБЛЮДАТЬ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ. 1.5. При обнаружении каких-либо неисправностей в приборах электросети, повреждений лабораторной посуды, электроизоляции проводов надо прекратить работу, отключить электросеть и предупредить преподавателя. 1.6. В случае получения травмы, плохом самочувствии студенты должны сообщить об этом преподавателю. 1.7. Во время работы в лаборатории необходимо проявлять осторожность, соблюдать порядок и гигиену на рабочем месте. Нельзя класть продукты на рабочие столы. 1.8. Поспешность и небрежность в работе, нарушение или невыполнение требований данной инструкции могут привести к несчастному случаю, травме. II. Требования безопасности перед началом работы Перед началом работы студент обязан: 2.1. Изучить по пособию последовательность проведения работы. 2.2. Убедиться (при внешнем осмотре), что все приборы, провода, клеммы, защитное заземление находятся в исправном состоянии; Эксплуатация оборудования с неисправными сетевыми вилками, без защитного заземления, без крышек корпуса и т.п. запрещается. 2.3. Изучить опасные факторы, возникающие при проведении работ в лаборатории и способы их предупреждения. 2.4. Освободить рабочие места от всех ненужных для работы предметов. 2.5. Ознакомиться с оборудованием и методическими рекомендациями по выполнению предстоящей работы. 2.6. Соблюдать образцовую дисциплину и тишину, не заниматься ничем посторонним. 2.7. Выполнять все требования преподавателя и лаборанта, вытекающие из хода учебного процесса. Бережно относиться к оборудованию, инструментам, приспособлениям и прочим учебным пособиям. III. Требования безопасности при выполнении работы При выполнении работы студент сталкивается со следующими видами работ: 1. Монтаж лабораторных установок. 2. Демонстрация физических экспериментов. 3. Работа с химическими веществами. 4. Научно-исследовательская работа. 5. Работа с лазером. 6. Пайка и электромонтажные работы. 7. Работа на ПЭВМ. 8. Вспомогательные работы. При выполнении всех видов работ студент обязан соблюдать меры безопасности, оговоренные ниже. 1. При подготовке оборудования к работе необходимо проверить его исправность. Ввод в действие новых приборов произвести согласно инструкции по эксплуатации. Эксплуатация приборов, имеющих знак "! ", разрешается только после детального ознакомления с инструкцией по эксплуатации. В ходе работы избегать перегрузок приборов и следить за их исправностью. Приборы, имеющие клеммы, обозначенные знаком " ^" должны быть заземлены. 2. При монтаже лабораторных установок оборудование располагать согласно схеме. Перед тем, как приступить к выполнению работы, тщательно изучите ее описание, уясните ход выполнения, выясните наиболее опасные места установки, изучите правила безопасного проведения. Соединительные провода должны иметь исправную изоляцию. Сборку электрических цепей, монтаж и ремонт электрических устройств производить только при отключенном источнике питания. Не включать источники электропитания без проверки цепей преподавателем или лаборантом. 3. Проверять наличие напряжения на источнике питания или других частях электроустановки разрешается с помощью измерителя напряжения. При сборке электрической цепи провода располагать аккуратно, а наконечники плотно зажимать клеммами. 4. Наблюдения, измерения и опыты производить, соблюдая осторожность, для того чтобы: · случайно не прикоснуться к оголенным проводам или токоведущим частям, находящимся под напряжением; · избежать поражения осколками стекла в результате возможного взрыва при работе с вакуумными приборами или приборами, находящимися под давлением; · предотвратить утечку химических, радиоактивных и огнеопасных веществ; · свести к минимуму ионизирующее и лазерное облучение, действие электрических и магнитных полей на людей. 5. При проведении демонстрационных опытов необходимо выполнять все требования п. 2-5. Опыты должны отвечать требованиям пожарной безопасности. Пути эвакуации людей должны быть свободным, их не должны пересекать никакие проводящие шнуры, проходы должны быть свободны от оборудования, мебели и одежды. Запрещается держать на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания. Число студентов не должно превышать число оборудованных мест. 6. При работе с химическими веществами необходимо соблюдать правила: · Работы с ядовитыми, едкими и т.п. веществами проводить в вытяжном шкафу, надев спецодежду, исключив попадание веществ на кожу, слизистые оболочки или внутрь организма. · По окончании работ тщательно вымыть руки. Запрещается выливать ядовитые вещества (например, ртуть) в канализационную сеть. Их необходимо сдавать лаборантам по окончании работы. 7. При проведении научно-исследовательской работы необходимо соблюдать п.п. 1-11 настоящей инструкции. Работать на специальном оборудовании можно только тщательно изучив инструкцию по эксплуатации, технике безопасности и получив допуск к работе от ответственного за технику безопасности в лаборатории. 8. При работе с лазером следует располагать лазер и облучаемые объекты так, чтобы избежать попадания прямого, отраженного или преломленного луча в глаза или на незащищенные участки кожи. 9. При проведении пайки эл. паяльником свинцовосодержащими припоями необходимо помнить, что свинец относится к сильнотоксичным веществам. Поэтому пайку лучше проводить в помещении, оборудованном вытяжной вентиляцией, а при невыполнении этого условия чаще проветривать помещение. При пайке необходимо избегать ожогов паяльником или каплями припоя. По окончании работ необходимо убрать припой в место исключающее испарение свинца (плотно закрывающаяся коробка) и тщательно вымыть руки. 10.При работе на ПЭВМ необходимо соблюдать правила гигиены зрения и эл. безопасности. Запрещается работать у монитора без перерыва более 2 часов. Периодически необходимо делать перерывы в работе для отдыха глаз. 11.При выполнении вспомогательных работ необходимо получить дополнительный инструктаж по ТБ, соответственно с видом работ. Например, ТБ при переноске приборов, при подготовке к зимнему сезону и т.п. СТУДЕНТАМ ЗАПРЕЩАЕТСЯ • Включать в розетку собранную по схеме электрическую цепь без разрешения преподавателя или лаборанта. В случае необходимости каких-либо присоединений в цепи, включать ее можно вторично после просмотра преподавателем или лаборантом. • Переносить приборы без разрешения преподавателя с одного стола на другой. • Включать и выключать рубильники группового щита (за исключением оказания помощи пострадавшему от электрического тока). • Делать какие- либо переключения в схеме при включенном напряжении. • Касаться руками неизолированных проводов и зажимов в схеме, находящейся в данный момент под напряжением. • Снимать или перевешивать запрещающие или предупреждающие плакаты. • Категорически запрещается гасить горящую электропроводку находящуюся под напряжением химически пенным огнетушителем ОХП. • При попадании человека под напряжение немедленно обесточить всю лабораторию (в каждой учебной лаборатории физического факультета установлены УЗОШи, которые обеспечивают отключение всей лаборатории от электрического тока). • Если по каким- то причинам не удалось отключить электрическую сеть, то необходимо оттащить пострадавшего за одежду в сторону от устройства, находящегося под напряжением. • При возникновении аварийной ситуации строго выполнять все указания руководителя, проводящего занятия. IV. Требования безопасности в аварийных ситуациях К аварийным ситуациям могут привести: · отсутствие должной организованности, требовательности и контроля за состоянием охраны труда; · несоответствие нормам и правилам ТБ рабочих мест и оборудования, на котором работают; · несоблюдение правил ТБ или их незнание; · работа на неисправном оборудовании, работа без защитных средств. При возникновении аварийных ситуаций студент должен немедленно отключить электропитание, воду, газ и сообщить об этом преподавателю или лаборанту, оказать помощь пострадавшему в соответствии с инструкцией №2 по оказанию первой помощи, при необходимости принять меры по срочной эвакуации. После чего, под руководством ответственных лиц, должны быть приняты меры по устранению аварии и ее последствий с привлечением соответствующих служб. V. Требования безопасности по окончании работы По окончании работы необходимо проверить оборудование, о неисправных приборах сообщить лаборанту или преподавателю. Сдать химические реактивы, радиоактивные препараты лаборанту. Дождаться пока нагревающиеся приборы (паяльники, муфельные печи и т.п.) остынут до безопасной температуры. Перед уходом выключить электропитание, воду. Правила построения графиков При построении графиков следует руководствоваться сле-дующими правилами: 1. Графики строят на миллиметровой бумаге. Размер бумаги определяется интервалом измеряемых величин и выбранным для них масштабом. 2. На оси ординат откладывают значение функции, по оси абс-цисс – значение аргумента. 3. На каждой из осей приводят только тот интервал изменения соответствующей физической величины, в котором велось исследова-ние. 4. Масштаб графика выбирают не произвольно. Он определяется абсолютными погрешностями тех величин, которые откладываются по осям. Масштабы на каждой из осей выбирают независимо друг от друга. 5. Шкалы на осях, как правило, наносят в виде равноотстоящих чисел. 6. На осях указывают обозначения и единицы измерения соот-ветствующих физических величин. 7. Физические величины, откладывемые по координатным осям, отображаются в таблице, прилагаемой к графику. На координатных осях численные значения величин не указывают, а только проводят пунктирные лини до пересечения. 8. Точки на графике наносят аккуратно и обводят кружком (треугольником, прямоугольником и т.д.). 9. Кривую по нанесённым точкам проводят карандашом плавно, без изломов и перегибов, так, чтобы она располагалась возможно ближе ко всем точкам, и по обе стороны оказывалось приблизительно равное их количество. Отклонение точек от кривой отражает наличие погрешностей. Если на одном графике строят несколько кривых, то используют различные линии: сплошные, штриховые и т.д. 10. Каждый график подписывают; в подписи отражается его основное содержание, объясняются все приведённые кривые. Лабораторная работа № 1 Порядок выполнения работы Задание 1. Ознакомиться с правилами измерения размеров тел микрометром и штангенциркулем. Задание 2. На примере определения объема цилиндра произвести обработку результатов измерений. 1. Объем цилиндра V = pD2H/4, (1) 2. С помощью микрометра и штангенциркуля провести 3-5 контрольных измерений диаметра цилиндра D и его высоты H. Данные измерений занести в таблицу 1. 3. Найти средние значения величин < D> и < H>. 4. По формуле (1) определить объем цилиндра: V = = ————————— = 5. Произвести обработку погрешностей измерения прямых величин диаметра D и высоты H.
1. Погрешность прямого измерения H: ∆ Hсл = tn, P = ∆ Hпр = d = ∆ Hокр = P = ∆ H = = H = (< H> ± ∆ H); eH = 100%. H = ( ± ) мм; eH = %. 2. Погрешность прямого измерения D: ∆ Dсл = ∆ Dпр = ∆ Dокр = ∆ D = D = ( ± ) мм; eD = %.
3. Погрешность косвенного измерения V:
Записать окончательный результат: V = ( ± ); eV = %. Задание 3. Пользуясь электронным секундомером, опреде-лить период колебаний маятника. Положение маятника для любого момента времени может быть определено, если задать угол отклонения маятника от положения равновесия. Колебательное движение маятника характеризуется амплитудой и периодом. Амплитуда колебаний маятника – величина наибольшего отклонения его от положения равновесия (соответствует наибольшему углу отклонения). Период – наименьший промежуток времени, через который маятник, совершающий колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором он находился в начальный момент, выбранный произвольно. Порядок выполнения задания 1. Вывести маятник из положения равновесия, отклонив его на угол примерно 5°. 2. Секундомером измерить 3-5 раз время t 10-ти полных колебаний маятника. Колебание называется полным, когда маятник возвращается в исходное положение. 3. Найти период колебаний маятника по формуле T = < t> /N, где N – число колебаний, равное 10. Данные измерений занести в таблицу 3.
4. Определить погрешность измерения. Вычисления: T = < t> /N = Лабораторная работа №2 На машине Атвуда Цель работы: экспериментальная проверка законов равноускоренного движения и второго закона Ньютона. Оборудование: машина Атвуда, набор пластинок, секундомер, весы. Порядок выполнения работы Вычисления a1 = = a2 = a3 = a4 = a5 = < a> = (a1 + a2 + a3 + a4 + a5)/5 = Вычисления am0 = – 2m = Для m1 = экспериментально a = = ————— = теоретически а = g = ——————————— =
Для m1 =
экспериментально a = ————— =
теоретически а = ——————————— = Лабораторная работа №3 Определение ускорения свободного падения Цель работы: определение ускорения свободного падения по методу Бесселя. Оборудование: оборотный маятник, подставка с опорной призмой, секундомер, линейка. Порядок выполнения работы 1. Измерить время нескольких полных колебаний маятника при различных значениях Z, указанных в таблице 1, для следующих случаев: ü маятник подвешен шкалой вверх; наименование времени – t1; ü маятник подвешен шкалой вниз; наименование времени – t2. 1.1. Установить чечевицу в положение, соответствующее значению Z. 1.2. Обеспечить покой маятника и затем, отклонив маятник примерно на 5°, вывести его из положения равновесия. 1.3. Измерить 3 раза время совершения N = 5-7полных колебаний маятника. Для каждого сеанса измерений: 1) подготовить секундомер к пуску; 2) в момент наибольшего отклонения маятника произвести пуск секундомера; 3) в момент наибольшего отклонения маятника после совершения маятником N полных колебаний остановить секундомер; 4) записать полученное значение времени в таблицу 1. 2. Определить средние значения времени. 3. Определить периоды колебаний по формулам (13) с подстановкой средних значений времени, округленных до 0, 001.
4. Построить в одной системе координат графики зависимости T1(Z) и T2(Z). 4.1. Диапазон значений вертикальной шкалы T ограничить так, чтобы в нем по возможности оставались только имеющиеся в таблице 1 значения T1 и T2 (см. ниже пример построения такого диапазона). Ограничение горизонтальной шкалы в шаблоне для построения графиков уже произведено. 4.2. Экспериментальную кривую проводить между отмеченными точками, так, чтобы эти точки располагались вокруг нее по возможности равномерно. Эти основные правила построения и оформления экспериментальных графиков следует соблюдать при прохождении дальнейших циклов лабораторных работ по всем разделам физики. 4.3 Кривые графиков проводить без перегибов, придерживаясь формы кривых, изображенных в приведенном примере.
5. Определить значение Z в точке пересечения кривых. 6. Установить чечевицу в положение, соответствующее полученному значению Z. 7. Измерить 3-5 раз время t1 и t2 N = 10-15 колебаний маятника для двух положений маятника. Измерения провести аналогично п.1, результаты занести в таблицу 2.
8. Снять маятник с консоли и осторожно положить его стержень на специальную подставку, имеющую острую призму. Передвигая маятник относительно ребра призмы, достичь его равновесия. 9. При помощи линейки измерить расстояние а1 от центра тяжести до ближайшей призмы маятника. 10. Определить расстояние а2 от центра тяжести до другой призмы маятника по формуле a2 = L – a1. 11. Определить по формуле (6) величину g и сравнить полученный результат с табличными данными. 12. Для полученного значения g найти погрешность. Вычисления a2 = L – a1 = g = (2pN)2 = Лабораторная работа №4 Изучение вращательного движения твердого тела на приборе Обербека Цель работы: экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения с помощью прибора, называемого маятником Обербека. Оборудование: прибор Обербека, набор грузов, весы, секундомер, штангенциркуль, настенная шкала. Теория работы и описание установки Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси в общей форме имеет вид d/dt =, (1) Если момент инерции тела с течением времени не меняется Id/dt =, или I =, (2)
Прибор состоит из шкива и четырех стержней, укрепленных на горизонтальной оси под углом 90° друг к другу. По стержням могут перемещаться и закрепляться в нужных положениях грузы одинаковой массы m1 (грузы закрепляются симметрично, чтобы центр инерции системы совпадал с осью вращения). На шкив наматывается нить, к концу которой прикрепляется груз массой т, приводящий систему во вращение. Определив время t несвободного падения груза с высоты h, можно рассчитать ускорение его движения: а = 2h/t2. (3) e = =, (4) При вращении прибора его момент инерции не изменяется I = М/e = const. (5) Угловое ускорение маятнику сообщает сила натяжения нити. Ее можно найти из уравнения динамики поступательного движения груза т = т +, которое в проекции будет иметь вид та = тg – Т, откуда Т = т(g – а). Момент этой силы относительно оси вращения М = Тr = т(g – а)r. (6) I = =. (7) С помощью прибора Обербека можно также экспериментально определить момент инерции каждого из четырех грузов, закрепленных на стержнях. Так как момент инерции системы есть сумма моментов инерции всех элементарных масс, составляющих эту систему, то, определив по формуле (7) момент инерции маятника I0 без грузов m1 на стержнях и его момент инерции с грузами I, можно найти момент инерции груза массой т1: Iг = (I – I0)/4. (8) Порядок выполнения работы 1. Поставить отметку на выбранном расстоянии h ниже нулевой отметки настенной шкалы (нижняя отметка) и измерить данное расстояние. 2. Измерить штангенциркулем диаметры большого и малого шкивов прибора. 3. Измерить 3-5 раз время t опускания груза с высоты h при отсутствии грузов на стержнях при различных массах т опускаемого груза и различных радиусах r шкива для четырех показанных случаев. Для каждого сеанса измерений:
2) удерживая маятник, обеспечить покой груза и подготовить секундомер к пуску; 3) отпустить груз с одновременным запуском секундомера; 4) при достижении нижней поверхностью груза нижней отметки остановить секундомер и затем остановить маятник; 5) записать измеренное время в таблицу 1. 4. Закрепить грузы на стержнях симметрично относительно оси вращения. 5. Измерить время t аналогично п.3. Занести полученные значения в таблицу 1. 6. Вычислить момент инерции прибора I0 без грузов на стержнях и момент инерции прибора I с грузами на стержнях по формуле (7) при различных моментах действующих сил. 7. Полученные результаты записать в таблицу 1
8. Сравнить моменты инерции, вычисленные при различных моментах действующих сил. Убедиться что I01 » I02 » I0n, I1 » I2 » In, найти средние значения определяемых величин: I0 = (I01 + I02 + … + I0п)/п; I = (I1 + I2 + … + Iп)/п. 10. Определить момент инерции Iг одного груза массы m1 по формуле Iг = (I – I0)/4. Вычисления I01 = = I02 = I03 = I04 = Убедиться I01 » I02 » I0n; Þ » » » = const. I0 = (I01 + I02 + I03 + I04)/4 = I1 = = I2 = I3 = I4 = Убедиться I1 » I2 » In; Þ » » » = const. I = (I1 + I2 + I3 + I4)/4 = Iг = (I – I0)/4 = Лабораторная работа №5 Порядок выполнения работы 1. Измерить штангенциркулем диаметр dээталонного груза. 2. Измерить время совершениянескольких колебаний плат-формы для следующих случаев: ü при отсутствии грузов на платформе; в этом и двух следующих случаях уравновешивающие грузы располагаются симметрично; наименование времени – t0; ü при расположении эталонного груза в центре платформы; ü при расположении исследуемого груза в центре платформы; наименование времени – tx; ü при расположении исследуемого груза на расстоянии от центра платформы; груз располагается центром на дуге одной из размеченных на платформе концентрических окружностей; уравновешивающие грузы сдвигаются в противоположную сторону по отношению к грузу до обеспечения горизонтальности платформы; наименование времени – t. 2.1. Обеспечить покой платформы и затем, повернув платформу примерно на 5°, вывести ее из положения равновесия. 2.2. Измерить 3-5 раз время совершения7-10полных колебаний подвеса. Для каждого сеанса измерений: 1) подготовить секундомер к пуску; 2) в момент наибольшего отклонения подвеса произвести пуск секундомера; 3) в момент наибольшего отклонения подвеса после совершения подвесом 10-ти полных колебаний остановить секундомер; 4) записать полученное значение времени в таблицу 1. 3. Определить средние значения времени в каждом случае. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-31; Просмотров: 433; Нарушение авторского права страницы
1) поднять груз вращением маятника до расположения его нижней поверхности нулевой верхней отметки шкалы;