Введение (измерения и погрешности измерений)

Введение (измерения и погрешности измерений)

Физика как наука родилась более 300 лет назад, когда Галилей по сути создал научный изучения физических явлений: физические законы устанавливаются и проверяются экспериментально путем накопления и сопоставления опытных данных, представляемых набором чисел, формулируются законы языком математики, т.е. с помощью формул, связывающих функциональной зависимостью числовые значения физических величин. Поэтому физика- наука экспериментальная, физика- наука количественная.

Измерение- это нахождение числового значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений (линейки, вольтметра, часы и т.д.).

Измерения могут быть прямыми и косвенными.

Прямое измерение- это нахождение числового значения физической величины непосредственно средствами измерений. Например, длину - линейкой, атмосферное давление- барометром.

Косвенное измерение- это нахождение числового значения физической величины по формуле, связывающей искомую величину с другими величинами, определяемыми прямыми измерениями. Например сопротивление проводника определяют по формуле R=U/I, где U и I измеряются электроизмерительными приборами.

Рассмотрим пример измерения.

Измерим длину бруска линейкой (цена деления 1 мм). Можно лишь утверждать, что длина бруска составляет величину между 22 и 23 мм. Ширина интервала “неизвестности составляет 1мм, те есть равна цене деления. Замена линейки более чувствительным прибором, например штангенциркулем снизит этот интервал, что приведет к повышению точности измерения. В нашем примере точность измерения не превышает 1мм.

Поэтому измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный. Неопределенность в измерении характеризуется погрешностью - отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения.

Перечислим некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей.

1. Ограниченная точность изготовления средств измерения.

2. Влияние на измерение внешних условий (изменение температуры, колебание напряжения...).

3. Действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера, различное положение глаза...).

4. Приближенный характер законов, используемых для нахождения измеряемых величин.

Перечисленные причины появления погрешностей неустранимы, хотя и могут быть сведены к минимуму. Для установления достоверности выводов, полученных в результате научных исследований существуют методы оценки данных погрешностей.

Случайные и систематические погрешности

Погрешности, возникаемые при измерениях делятся на систематические и случайные.

Систематические погрешности- это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней.

Причины возникновения систематических погрешностей:

1) несоответствие средств измерения эталону;

2) неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность);

3) несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают;

4) несоответствие измеряемого объекта с предположением о его свойствах (наличие пустот и т.д).

Случайные погрешности- это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта.

Класс точности электроизмерительных приборов

Стрелочные электроизмерительные приборы по допустимым значениям погрешностям делятся на классы точности, которые обозначены на шкалах приборов числами 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0. Класс точности g _пр прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная погрешность от всей шкалы прибора.

g _пр = (D _иА/А_макс)*100%.

Например абсолютная инструментальная погрешность прибора класса 2, 5 составляет 2, 5% от его шкалы.

Если известен класс точности прибора и его шкала, то можно определить абсолютную инструментальную погрешность измерения

D иА=( g _пр * А_макс)/100.

Для повышения точности измерения стрелочным электроизмерительным прибором надо выбирать прибор с такой шкалой, чтобы в процессе измерения располагались во второй половине шкалы прибора.

Погрешность отсчета

Погрешность отсчета получается от недостаточно точного отсчитывания показаний средств измерений.тВ большинстве случаев абсолютную погрешность отсчета принимают равной половине цены деления. Исключения составляют измерения стрелочными часами (стрелки передвигаются рывками).

Абсолютную погрешность отсчета принято обозначать D₀А

Практическая работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА МЕТОДОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ.

Оборудование: динамометр школьный с заклеенной шкалой, измерительный цилиндр; тело неизвестной массы; штатив; сосуд с водой; линейка измерительная.

Задание

Отградуируйте пружину и измерьте массу тела с помощью полученных пружинных весов.

Практическая работа № 2

Задание

Изучите экспериментально связь между объемом, давлением и температурой воздуха.

Теоретические основы работы.

При теоретическом выводе уравнения состояния допускается ряд упрощающих предположений, поэтому его применимость для описания состояния реальных газов нуждается в экспериментальной проверке.

Уравнение состояния идеального газа (при m = const) имеет вид:

(1)

 

Применимость этого уравнения для описания свойств воздуха можно проверить, измеряя температуру, давление и объем, занимаемый воздухом.

В опыте для нагревания и охлаждения постоянного количества воздуха можно использовать стеклянную трубку, запаянную с одного конца.

Сначала трубку опускают в сосуд с горячей водой запаянным концом вниз, а затем в сосуд с холодной водой открытым концом вниз. Если температура воды в первом сосуде Т₁, а во втором Т₂, то два состояния воздуха в трубке описываются параметрами р₁, V₁, Т₁ и р₂, V₂, Т₂. В первом состоянии давление р₁ воздуха равно атмосферному давлению, во втором состоянии давление воздуха р₂ равно атмосферному давлению плюс давление водяного столба высотой h:

р₂=р₁+ρ gh (рис. 1). Объем воздуха в трубке в первом состоянии равен V₁=lS, где l — длина трубки, S — площадь поперечного сечения. Во втором состоянии объем воздуха равен V₂==(l – ∆ l)S, где ∆ l — длина столба воды в трубке (см. рис. 1).

Целью работы является проверка выполнения равенства

 

или

Порядок выполнения работы

1. В сосуд опустите стеклянную трубку длиной l закрытым концом вниз. Когда трубка нагреется и температура воздуха в ней станет равной температуре Т₁ воды в сосуде, измерьте температуру Т₁горячей воды. Заткните трубку резиновой пробкой на нитке и опустите пробкой вниз в сосуд с холодной водой. Под водой выдерните пробку за нитку и опустите трубку до дна сосуда (см. рис. 1).

2. Измерьте температуру T₂ холодной воды. Измерьте длину ∆ l столбика воды в трубке.

3. Определите давление р₁воздуха в первом состоянии по показаниям барометра и давление р₂ воздуха в трубке во втором состоянии по формуле: р₂=р₁+ρ gh, где ρ ≈ 10³ кг/м³, g =9, 81 м/с².

4. Вычислите значения дробей:

и

5. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

№ опыта	T1, К	l, м	Т2, К	∆ l, м	p1, Па	p2, Па

 

6. Оцените границы погрешностей величин и .Для обеих величин граница относительной погрешности рассчитывается по формуле:

ε _с1 = ε _р+ε _l+ ε _t, ε _с2 = ε _р+2ε _l+ ε _t где ε _р=Δ p/p, ε _l= Δ l/l, ε _t= Δ t/t.

7. Сделайте вывод о достоверности экспериментальной проверки равенства С₁=С₂. Для вывода необходимо проверить, имеют ли общие точки интервалы [C_{1 ∆} C₁] и [С₂±∆ С₂].

Дополнительное задание.

Придумайте способ измерения объема Vз того же количества воздуха при комнатной температуре Tз и атмосферном давлении p₁. Осуществите этот способ и вычислите значение выражения

Контрольные вопросы.

1. Почему в опыте трубку погружали сначала в сосуд с горячей водой, а потом в сосуд с холодной водой?

2. Почему в расчетах не учитывали давление насыщенного водяного пара во втором опыте?

 

 

Практическая работа № 3.

Задание.

Определите удельную теплоту плавления льда, используя калориметр с теплой водой.

Порядок выполнения работы

1. Приготовьте немного льда. Подержите лед некоторое время при комнатной температуре, чтобы его температура стала равной 0 °С. При этом часть льда должна растаять, оставшийся лед будет плавать в воде.

2. Налейте в измерительный цилиндр теплую воду объемом 150 см³. Температура теплой воды должна превышать комнатную температуру t₂ примерно на 40 °С. Измерьте температуру t₁ теплой воды в измерительном цилиндре. Перелейте теплую воду во внутренний стакан калориметра.

3. Возьмите небольшой кусок льда, осушите его фильтровальной бумагой и опустите в теплую воду в калориметре. Воду постоянно перемешивайте и следите за показаниями термометра. После полного расплавления первого куска льда положите в воду второй кусок и т. д., до тех пор, пока температура воды в калориметре не достигнет значения t₂, равного температуре воздуха в комнате.

4. Перелейте воду из стакана калориметра в измерительный цилиндр. По увеличению объема ∆ V воды найдите массу т₂ растаявшего льда.

5. Вычислите удельную теплоту плавления льда λ _э. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

6. Сравните экспериментальное значение удельной теплоты плавления λ _э с табличным значением λ _T.Определите абсолютную погрешность измерения δ = | λ _э – λ _т |. Подсчитайте относительную погрешность измерения ε = .

Отчетная таблица

m1, кг	t1, 0С	t2, 0С	∆ V, м3	m2, кг	λ э, Дж/кг	ε

Контрольные вопросы

1. Почему при выполнении расчетов не учитывалась теплоемкость калориметра?

2. В каком случае погрешность измерений будет меньше:

при быстром выполнении всех операций или при медленном? Почему?

 

 

Практическая работа № 4.

Определение удельной теплоты парообразования воды

Содержание и метод выполнения работы. Удельная теплота парообразования воды определяется по изменению ее уровня в сосуде при выкипании.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом, или теплопередачей. В процессе теплообмена тело может либо принимать, либо отдавать энергию, которая называется количеством теплоты.

Чтобы тело массой m₁ нагреть от начальной температуры t₁ до конечной температуры t₂, необходимо затратить количество теплоты Q₁ = cm₁(t₂ – t₁), где c – удельная теплоемкость вещества. Для превращения жидкости массой m₂ в пар при постоянной температуре ей необходимо передать количество теплоты Q₂ = Lm₂, где L – удельная теплота парообразования.

Пусть вода нагревается электрокипятильником и вся работа электрического тока идет: 1) на нагревание воды от начальной температуры t₁ до температуры кипения t₂; 2) на последующее превращение некоторой массы  m воды в пар. Тогда, согласно закону сохранения энергии, для этих двух процессов можно записать:

P τ 1 = cm1(t2 – t1); P τ 2 = Lm,

(1) (2)

где P – мощность кипятильника, c = 4190 Дж/(кг • К) – удельная теплоемкость воды, m₁ – первоначальная масса воды, t₁ – начальная температура воды, t₂ = 100 °С – конечная температура воды, τ ₁ – время нагревания воды до температуры t₂, L – удельная теплота парообразования воды, m – масса испарившейся воды, τ ₂ – время, в течение которого вода массой m превратилась в пар.

Если вода находится в цилиндрическом сосуде, то ее массу можно определить по формуле:

m₁ = ρ V₁ = ρ Sh₁, (3)

где ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды, h₁ – начальный уровень воды (рис. а), S – площадь дна сосуда. Аналогично можно определить массу воды, которая останется после испарения:

m₂ = ρ V₂ = ρ Sh₂, (4)

где h₂ – уровень оставшейся воды (рис. б). Решая систему уравнений (1)–(4) и учитывая, что Δ m = m₁ – m₂, получим формулу для вычисления удельной теплоты парообразования воды:

Оборудование: цилиндрический сосуд (внутренний стакан калориметра); сосуд с водой; электрокипятильник; термометр; часы с секундной стрелкой; линейка с миллиметровыми делениями; лист поролона, скотч.

Ход работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Налейте в цилиндрический сосуд воду и измерьте ее температуру t₁ и начальный уровень h₁.

3. Осторожно, соблюдая безопасность, опустите в воду кипятильник, включите его и измерьте время τ ₁, в течение которого вода нагреется до температуры t₂ = 100 °С и начнет кипеть.

4. Дайте воде покипеть в течение некоторого времени τ ₂, после чего выключите кипятильник.

5. Измерьте уровень h₂ оставшейся в сосуде воды.

6. Удельную теплоту парообразования воды рассчитайте по формуле (5).

7. Сравните полученный результат с табличным значением и рассчитайте погрешность измерений.

Дополнительное задание. Используя предложенное оборудование, рассчитайте массу испарившейся воды и количество теплоты, которое пошло на ее испарение.

Контрольные вопросы

1. Удельная теплоемкость ртути 120 Дж/(кг • К), удельная теплота ее парообразования 0, 29 МДж/кг. Что это значит физически?
2. Какие потери энергии были допущены при проведении работы и как их можно было бы избежать?

 

Практическая работа № 5.

Задание

Выполните измерения электрического сопротивления медной проволоки при двух различных значениях температуры и вычислите температурный коэффициент электрического сопротивления меди.

Теоретические основы работы.

Движению свободных электронов в кристалле металла под действием электрического поля препятствует процесс рассеяния электронов на различных дефектах кристаллической решетки. Чем ближе структура кристалла к идеальной, тем меньше помех на своем пути встречают электроны и тем меньше электрическое сопротивление проводника.

При повышении температуры увеличивается средняя кинетическая энергия атомов кристаллической решетки, увеличиваются их хаотические колебания относительно узлов решетки. Эти смещения атомов являются дефектами кристаллической решетки, поэтому с повышением температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается.

Чтобы определить температурный коэффициент электрического сопротивления металла, достаточно измерить сопротивление R₁ образца при комнатной температуре t₁ и его сопротивлениеR₂ при некоторой температуре t₂. Исключив из системы уравнений

и ,

электрическое сопротивление R₀ образца при температуре 0 °С, получим выражение для температурного коэффициента сопротивления

В приборе для выполнения лабораторной работы медный провод намотан на картонный цилиндр, концы провода соединены с клеммами на пластмассовой панельке. В панельке имеется отверстие для термометра. Картонный цилиндр с проводом помещен в стеклянную пробирку. Нагревание медного провода можно осуществить проходящим по нему током.

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме, показанной на рисунке 1 (R — исследуемый образец).

 

2. Измерьте начальную температуру t₁ образца. Включите источник питания, измерьте напряжение на катушке U₁ при силе тока I₁=30—40 мА. Определите сопротивление R₁ образца:

3. Увеличьте силу тока в образце до 140—160 мА. Когда в результате нагревания провода электрическим током показания термометра достигнут значения t₂=70—80 °С, измерьте силу тока I₂ через образец и падение напряжения U₂на нем. Определите сопротивление R₂ образца:

4. Вычислите температурный коэффициент сопротивления меди.

 

Дополнительное задание

Измерьте электрическое сопротивление образца при температуре: 30, 40, 50, 60, 70 °С. Постройте график зависимости электрического сопротивления от температуры.

Контрольные вопросы

1. Почему при нагревании металлов их электрическое сопротивление увеличивается?

2. Каковы источники ошибок в предложенном методе определения температурного коэффициента сопротивления металлов?

 

Практическая работа № 6.

Адание

Измерьте показатель преломления стекла, из которого изготовлена линза. Теоретические основы работы.

Показатель преломления n стекла, из которого изготовлена линза, можно определить из формулы

(1)

где F — главное фокусное расстояние линзы, R₁ и R₂ — радиусы сферических поверхностей, образующих линзу.

Если линза симметричная и двояковыпуклая, то R₁=R₂=R, и, следовательно,

(2)

откуда

(3)

Из формулы (3) видно, что для определения показателя преломления п стекла нужно измерить фокусное расстояние F линзы и радиус R ее сферических поверхностей.

Фокусное расстояние линзы можно измерить, получив на экране изображение источника света и измерив расстояние d от предмета до линзы и расстояние f от линзы до изображения. Из формулы линзы

(4)

следует, что если источник света находится на достаточно большом расстоянии от линзы (d → ∞ ), то

F ≈ f. (5)

Радиус кривизны сферических поверхностей линзы можно рассчитать, проведя измерения геометрических размеров линзы: еетолщины Н, диаметра D и толщины цилиндрического слоя h_о(рис. 1). Для треугольника ОАВ имеем:

R²=AB²+ОВ²=l²+(R – h)².

Проведя преобразования, получим

(6)

где l = h =

Следовательно,

(7)

Порядок выполнения работы

1. С помощью линзы получите на экране (стене, листе бумаги) изображение предметов, находящихся за окном классной комнаты. Измерьте расстояние f от линзы до получившегося изображения и оцените фокусное расстояние F линзы.

2. Штангенциркулем измерьте толщину линзы Н, толщину ее цилиндрического слоя h_о и диаметр линзы D.

Рис. 1

 

3. Рассчитайте радиус R сферических поверхностей линзы по формуле (7).

4. Рассчитайте показатель преломления п стекла, из которого изготовлена линза, по формуле (3).

5. Результаты измерений и расчетов занесите в отчетную таблицу.

Отчетная таблица

f, м	F, м	H, м	D, м	h0, м	R, м	n

 

Контрольные вопросы

1. При каких условиях можно считать, что фокусное расстояние линзы F приблизительно равно расстоянию f от линзы до изображения?

2. Как можно измерить радиусы кривизны сферических поверхностей линз?

 

Практическая работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ.

Оборудование: рассеивающая линза; собирающая линза; источник тока; электрическая лампа; ключ; провода; экран; линейка измерительная; штатив.

3адание Определите фокусное расстояние рассеивающей линзы.

Теоретические основы работы.

Рассеивающая линза образует только мнимое изображение, которое нельзя получить на экране, т. е. нельзя измерить расстояние от линзы до изображения. Фокусное расстояние рассеивающей линзы можно определить, если использовать вторую собирающую линзу.

Получив с помощью собирающей линзы действительное изображение S ' источника света на экране, можно поставить между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Действительное изображение источника света при этом смещается (рис. 1). Новое положение изображения S " можно найти перемещением экрана.

Используя свойство обратимости световых лучей, можно принять, что световые лучи выходят из точки S ", а в точке S ' получается изображение точки S ".

Обозначив расстояния от точек S " и S ' до рассеивающей линзы соответственно через d и f, запишем формулу тонкой линзы с учетом правила знаков:

Отсюда для модуля фокусного расстояния линзы получим:

 

 

Порядок выполнения работы

 

1. С помощью собирающей линзы получите, на экране действительное изображение нити лампы.

2. Поставьте между собирающей линзой и экраном рассеивающую линзу. Измерьте расстояние f от экрана до рассеивающей линзы.

3. Отодвигая экран от рассеивающей линзы, вновь получите на экране четкое изображение нити лампы.

Измерьте расстояние d от экрана до рассеивающей линзы.

4. Вычислите расстояние F рассеивающей линзы. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

 

Отчетная таблица

 

 

№ опыта	d, м	f, м	F, м

 

5. Рассчитайте границы относительной погрешности измерения фокусного расстояния.

При этом необходимо учесть следующее. Формула для с точки зрения теории косвенных измерений достаточно сложна, так как в числителе и знаменателе находятся одни и те же величины. Поэтому в таблице погрешностей на форзаце отсутствует формула для расчета погрешностей функций этого типа. Эта функция существенно упрощается, если определить Тогда в соответствии с формулой, приведенной в таблице на форзац, можно найти границу погрешностей измерения оптической силы: . Здесь ∆ f и ∆ d — границы погрешностей прямых измерений расстояний f и d.

Так как , то легко сообразить, что нижняя граница значений F не меньше, чем , а верхняя — не меньше, чем . Действительное значение F принадлежит интервалу [ ].

 

Дополнительное задание.

 

Проведите анализ полученной формулы для вычисления погрешности и проведите повторный опыт, обеспечивающий меньшую относительную погрешность измерений.

Контрольные вопросы

1. Как можно получить формулу тонкой линзы?

2. Сформулируйте правило знаков для тонкой линзы.

3. Каким образом определялось расстояние до мнимого изображения при выполнении задания?

 

 

Практическая работа № 8

Содержание и метод выполнения работы.

Высота классной комнаты определяется с помощью плоского зеркала.

В солнечную погоду, измерив длины теней от высокого дерева и от предмета известной высоты и используя закон прямолинейного распространения света, можно рассчитать высоту дерева без ее непосредственного измерения. Аналогично можно использовать и законы отражения света. Если положить недалеко от своих ног плоское зеркало так, чтобы видеть в нем ребро пространственного угла между потолком и стеной классной комнаты, то (см. рисунок), поскольку в соответствии с законом отражения углы a и aў равны, равны и углы 1 и 2. Из подобия треугольников АВС и CDE можно записать откуда высота классной комнаты

Оборудование: плоское зеркало; измерительная лента; мел.

Ход работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Измерьте расстояние h от пола до своих глаз. Для этого подойдите к доске и сделайте мелом отметку на уровне своих глаз. Затем измерительной лентой измерьте расстояние от пола до этой отметки.

3. Положите плоское зеркало недалеко от своих ног и отойдите от него на такое расстояние, чтобы в центре зеркала увидеть ребро пространственного угла между потолком и полом. Сделайте отметку на полу, у центра своей подошвы. Измерьте расстояние l₂ от центра зеркала до отметки на полу.

4. Измерьте расстояние l₁ от стены до центра зеркала.

5. Подставьте результаты в формулу (1) и вычислите высоту H классной комнаты.

6. Рассчитайте абсолютную Δ H и относительную ε _Н погрешности измерений.

7. Измерьте высоту потолка в классной комнате непосредственно измерительной лентой. Сравните результаты и сделайте вывод.

Дополнительное задание. Разработайте метод определения размеров предмета (картины на стене, форточки и т.п.) с помощью измерительных линейки, ленты и зеркала.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы отражения света.
2. Какой предмет можно считать плоским зеркалом? Постройте изображение в плоском зеркале. Дайте характеристику изображения в плоском зеркале.
3. Каковы границы применимости геометрической оптики?

Практическая работа № 9.

Содержание и метод выполнения работы.

Скорость света v в веществе определяется по ее зависимости от показателя преломления среды: , где c = 3 • 10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

Если в качестве модели сферической линзы использовать круглодонную колбу, заполненную прозрачной жидкостью, то, определив фокусное расстояние F такой линзы, измерив радиус кривизны R колбы и воспользовавшись формулой можно рассчитать показатель преломления вещества:

Скорость света в веществе рассчитывается по формуле

Оборудование: круглодонная колба с водой; такая же колба с глицерином или растительным маслом; измерительная линейка с миллиметровыми делениями; экран (лист белой бумаги); нитка.

Ход работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. При помощи линзы (колбы с водой) получите на экране изображение окна. Измерьте расстояние от центра линзы до изображения – это и есть приблизительно фокусное расстояние F. Оно будет измерено тем точнее, чем дальше находится экран от окна.

3. Ниткой измерьте длину окружности l колбы в ее самой широкой части и исходя из формулы l = 2 R рассчитайте радиус кривизны колбы R.

4. Вычислите показатель преломления воды по формуле (1) и скорость света в среде по формуле (2).

5. Повторите опыт для глицерина (масла).

6. Оцените погрешность измерений, сравнив полученный результат с табличным значением.

7. Сделайте вывод о зависимости скорости света от оптической плотности среды.

Дополнительное задание. Предложите другой способ определения фокусного расстояния линзы и ее радиуса кривизны.

Контрольные вопросы

1. Что такое фокус линзы?
2. В чем состоит физический смысл показателя преломления?
3. Как влияет толщина стекла колбы на результат измерений в данной работе?

 

Практическая работа № 10.

Практическая работа 11.

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей (см. табли­цу) для записи результатов измерений и вычислений

Таблица

Измерено	Вычислено
l1, мм	l2, мм	t1, °С	t2, °С	Δ иl, мм	Δ оl, мм	Δ l, мм	Т1, К	Т1, К	Δ иТ, К	Δ оТ, К
Вычислено
Δ Т, К	l1/l2	ε 1, %	Δ 1	T1/T2	ε 2, %	Δ 2

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

Практическая работа № 12.

Теоретическая часть работы

Радиоактивный распад подчиняется закону ,

Где N-число нераспавшихся ядер в момент времени t,

N₀ – число ядер в начальный момент времени,

Т – период полураспада.

Согласно данному закону за любой интервал времени распадается одна и та же доля имеющихся атомов (за период полураспада - половина атомов). Значит, с течением времени скорость полураспада нисколько не изменяется. Так, атомы радона возникающие при распаде радия имеют одинаковые шансы претерпеть радиоактивный распад как сражу же после своего образования, так и спустя 10 минут после этого. Для радиоактивных ядер не существует понятия возраста, для них можно определить лишь среднее время жизни. Конкретный смысл имеют только утверждения о поведении в среднем большой совокупности атомов, распадающихся за определенный интервал времени. Закон радиоактивного распада является статистическим. Так как в этом законе рассматривается всего два события «распался» и «не распался», то при помощи любых равновероятных событий можно проверить его справедливость. Возьмем два равновероятных события – выпадение «орла» или «решки» - и проверим закон радиоактивного распада с точки зрения статистики.

Оборудование: Коробка и монеты одного достоинства в количестве 128 штук

Ход работы

1. Поместить в коробок монеты (128 штук), встряхнуть их и высыпать на стол с некоторой высоты.

2. Монеты, выпавшие тыльной стороной вверх – «орёл» («распавшиеся ядра»), положить в сторону, а остальные – «решка» («нераспавшиеся») вновь поместить в коробок, встряхнуть и также высыпать.

3. Убрать монеты, выпавшие тыльной стороной и опять оставшиеся положить в коробок.

4. Совершить от 5 до 15 бросаний. По результатам опыта заполнить таблицу.

5. Повторите измерения 3 раза.

6. Построить график зависимости числа N монет, не выпавших тыльной стороной, от номера X выбрасывания. Соединить точки плавной кривой и сравнить полученную вероятностную кривую с данной кривой радиоактивного распада

Таблица. Результаты измерений и вычислений

Число бросков	1 серия бросков	2 серия бросков	3 серия бросков
Выпавшие «решкой» (N)	Выпавшие «орлом» (N0-N)	Выпавшие «решкой» (N)	Выпавшие «орлом» (N0-N)	Выпавшие «решкой» (N)	Выпавшие «орлом» (N0-N)

По результатам работы сделайте вывод:

1. Запишите формулу для радиоактивного распада.

2. Сделайте вывод о том, соответствует ли график «зависимости выпадения «орлом» от числа бросков» кривой радиоактивного распада.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментально установить зависимость коэффициента полезного действия наклонной плоскости от угла ее наклона. Сравнить полученные результаты с теоретическими.

Оборудование: штатив, доска, динамометр, набор грузов, измерительная лента, транспортир.

ИДЕЯ РАБОТЫ

123456Следующая ⇒

Поделиться: