2014-04-04

Лабораторне обладнання

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Лабораторне обладнання

Відомо, що для українських шкіл, а особливо сільських, необхідне лабораторне обладнання залишається недосяжною розкішшю. Причиною цьому, як і причиною всіх інших недоліків навчального процесу, є брак коштів у державній казні. До того ж культура меценатсва серед українців не надто розвинена. Однак трапляються поодинокі випадки, коли бізнесмени допомагають звичайним середнім школам. Часто постає питання, а що саме потрібно школі? Адже просте нецільове виділення коштів може так і не потрапити на парти чи в лабораторії до учнів.

Фізичні явища в шкільній програмі

В даній публікації ми намагалися систематизувати лабораторне обладнання, необхідне для занять з фізики у пересічній школі. Отже, візьмемо явища, які за шкільною програмою вивчають на уроках фізики:

  • снови вимірювань і обробки результатів;
  • балістичний маятник;
  • пружний удар;
  • прискорення вільного падіння;
  • математичний маятник;
  • коливання струни;
  • вимірювання газової постійної;
  • теплоємність рідини;
  • в'язкість рідини;
  • коефіцієнт поверхневого натягу рідини;
  • електровимірювальні прилади;
  • електроємність конденсатора;
  • закони постійного і змінного струму;
  • магнітне поле;
  • електромагнітні хвилі;
  • визначення фокусної відстані лінзи;
  • дифракція і поляризація світла;
  • електронно-дірковий перехід;
  • зовнішній фотоефект;
  • радіаційний фон.

Лабораторне обладнання на уроках фізики

Тепер розглянемо яке лабораторне обладнання використовується у цих дослідах.

Основи вимірювань та обробка результатів

Мета роботи: ознайомлення з елементами теорії похибок, методами вимірювання основних фізичних величин і правилами обробки результатів вимірювань.

Лабораторне обладнання – спеціальний ящик, в якому представлений набір вимірювальних інструментів: лінійка, штангенциркуль, мікрометр, транспортир, механічний секундомір, термометр, а також досліджувані об'єкти паралелепіпед, нерівнокутний трикутник, посудина з нагрівачем і т.п. Крім цього, в комплект може входити блок електроніки, що складається з регулятора напруги для плавного нагріву та електронного секундоміра.

Виміри проводяться кілька разів, а потім обчислюється похибка.

Балістичний маятник

Мета роботи: вивчення законів збереження імпульсу і енергії та основних закономірностей рівноприскореного руху, знайомство з методом визначення швидкості рухомих тіл.

Балістичним маятником є ??трубка, підвішена на нитках штатива. Всередині трубки поміщена вата або пластилін. Пістолет розташовується горизонтально проти відкритого кінця трубки. Горизонтальне положення основи забезпечується за рахунок регулювання ніжок по висоті. Для точного позиціонування інших елементів використовуються гвинтові затиски. Для реєстрації відхилення маятника використовується горизонтальна лінійка.

Обробка результатів полягає у визначенні величини середньої швидкості кулі і обчисленні похибки величини дальності польоту кулі.

Пружний удар

Мета роботи: Вивчення законів збереження імпульсу та енергії; застосування цих законів до опису пружного центрального удару двох тіл.

У роботі використовуються дві кульки, підвішених до стрижня на біфілярних підвісках, закріплених на штативі з прикріпленим до нього транспортиром. Кульки підвішені на нитках довжиною 50-60 см так, що їхні центри знаходяться на одному рівні, а самі кульки стикаються.

Одна з кульок відхиляється на невеликий кут з положення рівноваги і відпускається, при цьому фіксуються відхилення обох куль. Дослід повторюється 5-7 разів.

Обробка результатів полягає у визначенні залежності величини горизонтального відхилення куль від їхньої маси.

Прискорення вільного падіння

Мета роботи: Вивчення закону всесвітнього тяжіння, визначення прискорення вільного падіння.

Основні конструктивні елементи лабораторного обладнання: електронний секундомір, штатив, за яким може переміщатися електромагнітний датчик, лінійка для вимірювання висоти положення електромагнітів датчика, електромагніт з вантажем.

Спочатку датчик встановлюється на певній висоті. Потім натисканням на кнопку «Пуск» відбувається розмагнічування електромагніту і вимірюється час падіння вантажу. Аналогічно проводиться декілька дослідів при різній висоті електромагнітного датчика.

Обробка результатів полягає в побудові й аналізі графіка залежності висоти падіння від часу, в розрахунку прискорення вільного падіння і в обчисленні похибки непрямих вимірювань величини прискорення вільного падіння.

Математичний маятник

Мета роботи: вивчення гармонійних коливань на прикладі коливань математичного маятника, експериментальна перевірка залежності коливань маятника від його довжини; визначення прискорення вільного падіння за допомогою математичного маятника.

Математичний маятник являє собою кульку, підвішену на довгій тонкій нитці. За довжину маятника приймається відстань від точки підвішування до центру вантажу. Висота підвісу регулюється за допомогою гвинтового затиску і вимірюється за допомогою лінійки. На блоці електроніки є перемикач для задавання кількості коливань і електронний секундомір.

У роботі виконується кілька завдань. Маятник відхиляється від положення рівноваги на невеликий кут і без поштовху відпускається. Змінюється початкове відхилення кульки і визначається час коливань. У другому завданні досліди проводяться зі зміненою довжиною маятника. У третьому завданні досліджується залежність періоду коливань від маси маятника, для чого використовуються вантажі іншого маси.

Обробка результатів полягає у визначенні середнього значення періоду коливань з урахуванням похибок, в розрахунку прискорення вільного падіння.

Коливання струни

Мета роботи: вивчення хвильових явищ, утворення стоячих хвиль, дослідження пружних властивостей струни.

Лабораторне обладнання: штатив, який закріплюється гвинтом на столі лабораторії. Верхній кінець струни прикріплений до язичка електромагнітного вібратора, що служить для збудження коливань за допомогою генератора. До нижнього кінця струни підвішується вантаж. Нерухомість забезпечується за допомогою утримувача.

Обробка результатів полягає в розрахунку швидкості поширення пружних хвиль і в обчисленні похибки непрямих вимірювань величини погонної густини матеріалу струни.

Вимірювання газової постійної

Мета роботи: вивчення газових законів, експериментальна перевірка рівняння стану ідеального газу.

Лабораторне обладнання складається зі скляної трубки, запаяної з одного кінця, сполучної гумової трубки, оглядової скляної трубки, гумового шланга, скляної трубки. Всі скляні трубки мають однаковий переріз. Прилад кріпиться на штативі і заповнюється водою так, щоб її рівень розташовувався посередині останніх трубок.

Додаткове завдання включає вимір газової постійної методом вимірювання об'єму і тиску пари рідини.

Обробка результатів полягає в порівнянні величини газової постійної, отриманої різними методами і похибки цих методів.

Теплоємність рідини

Мета роботи: вивчення класичної теорії теплоємності, експериментальне визначення теплоємності рідини калориметричних методом.

Лабораторним обладнанням є калориметр – посудина, стінки якої теплоізольовані між собою за допомогою прокладки з теплоізоляційного матеріалу, а також від навколишнього середовища кришкою. У посудину поміщається досліджувана речовина (у нашому випадку - рідина), температура якої визначається термометром. Нагрівання рідини здійснюється електричним нагрівачем, потужність якого визначається струмом, який реєструється стрілочним приладом. Для зміни струму застосовується реостат R.

Для поліпшення умов теплообміну рідина в експерименті перемішується спеціальною мішалкою.

В'язкість рідини

Мета роботи: вивчення властивостей рідин, експериментальне визначення коефіцієнта в'язкості за методом Стокса.

Коефіцієнт в'язкості може визначатися методом падаючої кульки у в'язкому середовищі - методом Стокса. Розглянемо вільне падіння свинцевої кульки у в'язкій рідині у стані спокою.

Лабораторне обладнання складається із скляного циліндра, наповненого досліджуваною рідиною. На циліндрі завдані дві горизонтальні мітки а і в, які розташовані на відстані l. Діаметри кульок вимірюються мікрометром. Вимірявши діаметр кульки, опускають його в рідину якомога ближче до осі циліндра. У момент проходження кулькою верхньої мітки пускають в хід секундомір. У момент проходження кулькою нижньої мітки секундомір зупиняють. Відлік за секундоміром дає час проходження кулькою шляху. Масштабною лінійкою вимірюють відстань l між мітками а і в. Дослід проводять з 5-7 кульками.

Отримані в дослідах результати записуються в таблицю.

Коефіцієнт поверхневого натягу рідини

Мета роботи: вивчення основних властивостей рідин, знайомство з деякими експериментальними методами вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу рідини.

В лабораторному обладнання покажчик визначає початкову довжину пружини l1. Спочатку вимірюється зовнішній і внутрішній діаметр кільця D, d. Визначається сума зовнішньої і внутрішньої довжин кіл кільця L. Потім визначається коефіцієнт пружності пружини k, для чого на чашечку 2 кладеться вантаж масою m, відзначається розтяг пружини X і обчислюється коефіцієнт пружності

Ці виміри проводяться кілька разів з різними вантажами, а результати записуються в таблицю.

Кільце занурюється в посудину з водою, посудина опускається вниз до відриву кільця від води. За шкалою відзначається довжина натягнутої пружини в момент відриву кільця від води. Експеримент проробляється не менше 5-ти разів і результат записується в наступну таблицю. За відомим коефіцієнтом пружності, можна визначити силу, яка необхідна для відриву кільця, тобто силу поверхневого натягу.

Додаткове завдання. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом підняття рідини в капілярі.

Капіляр вставляється в широку посудину з досліджуваною рідиною. За допомогою масштабної лінійки визначається висота підйому рідини h. Цей дослід проводиться не менше 5 разів.

Електровимірювальні прилади

Мета роботи: ознайомлення з будовою і принципом дії електровимірювальних приладів загального призначення, градуювання електровимірювальних приладів, розширення меж вимірювання.

У роботі виконується 3 завдання: визначення похибок електровимірювальних приладів, розрахунок додаткового опору до вольтметра і розширення меж виміру вольтметра, розрахунок шунта і розширення меж вимірювання амперметра.

Лабораторне обладнання складається з двох частин: в лівій частині є амперметр, що регулює опір для установки заданих значень струму і перемикач додаткового опору; в правій частині - вольтметр, регулятор опору для установки заданих значень напруги і перемикач додаткового шунта. Значення струму і напруги контролюються за допомогою контрольно-вимірювального приладу. Вибір завдання здійснюється перемикачем.

Електроємність конденсатора

Мета роботи: вивчення основних характеристик плоских конденсаторів, їх технічного застосування, вимірювання ємності плоского конденсатора.

Якщо заряджати конденсатор постійної ємності від одного і того ж джерела постійної напруги, а потім розряджати через гальванометр, то стрілка гальванометра щоразу буде відкидатися по шкалі на одне і те ж число поділок. Перемикач П1 дозволяє включати в ланцюг заряду - розряду різні ємності - еталонну С і вимірювану Сх, а також послідовний ланцюжок конденсаторів С1, С2. Перемикач П2 при заданому положенні перемикача П1 дозволяє включити ланцюг заряду або розряду конденсаторів.

Завдання 1. Маючи конденсатор відомої ємності С (еталон), можна на досліді переконатися, що ємність конденсатора прямо пропорційна числу поділок, на яке відкидається стрілка гальванометра.

У завданні 2 визначається ємність конденсатора на підставі вимірів заряду, відданого конденсатором при його розряді.

Закони постійного і змінного струму

Мета роботи: вивчення законів постійного струму, експериментальна перевірка закону Ома, вивчення ланцюга змінного струму, визначення індуктивності котушки.

Завдання 1. Вимірювання напруг на різних ділянках кола.

Завдання 2. Перевірка закону Ома для ділянки ланцюга.

Завдання 3. Перевірка закону Ома для кола змінного струму.

Магнітне поле

Мета роботи: ознайомлення з основними характеристиками магнітного поля, експериментальне визначення магнітного поля котушки зі струмом.

Лабораторне обладнання змонтоване на основі. На немагнітній підставці закріплена коротка котушка, магнітне поле в якій створюється відповідним електричним ланцюгом, що складається з блоку живлення БП, реостата R і амперметра. На штативі закріплена напрямна, на якій укріплена магнітна стрілка, яка може переміщатися вздовж осі котушки, а її положення фіксується за допомогою лінійки.

Завдання. Визначення магнітного поля котушки методом коливань.

Електромагнітні хвилі

Мета роботи: визначення швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль уздовж двохпровідної лінії.

Швидкість поширення електромагнітної хвилі вздовж лінії не залежить від взаємного розташування проводів, тому в установці двохпровідна лінія намотується на котушку.

Інтервал часу ?t може вимірюватися за допомогою електронного осцилографа, підключеного до початку двохпровідної лінії. На вхід лінії подається від генератора прямокутний імпульс напруги. При включенні осцилографа в режим роботи її запуск відбудеться в момент відправлення імпульсу. На екрані видно цей імпульс, а потім на деякій відстані від нього імпульс такої ж полярності, відбитий від кінця лінії. Знаючи швидкість розгортання, можна за відстанню на екрані осцилографа між первинним і відбитим сигналом визначити інтервал часу ?t.

Обробка результатів полягає в розрахунку швидкості електромагнітної хвилі, індуктивності і ємності лінії і у порівнянні їх з експериментальними значеннями.

Електронно-дірковий перехід

Мета роботи: вивчення електричних властивостей напівпровідників, зняття вольтамперної характеристики напівпровідникового діода, дослідження автогенератора на транзисторі.

Лабораторне обладнання являє собою блок електроніки, що складається з амперметра, вольтметра і двох діодів - кремнієвого і германієвого. Вольт-амперні характеристики (ВАХ) знімаються для прямого і зворотного струму.

Обробка результатів полягає в побудові ВАХ прямого і зворотного струмів для різних діодів.

Додаткове завдання: вивчення автогенератора на напівпровідниковому транзисторі.

Визначення фокусної відстані лінзи

Мета роботи: вивчення основних теоретичних положень геометричної оптики, способів контролю зображень в лінзах і найпростіших оптичних приладах, експериментальне визначення різними способами фокусної відстані лінзи.

Усе лабораторне обладнання зібране на оптичній лаві: рейтер з екраном, рейтер з двоопуклою лінзою, рейтер з електричною лампочкою в спеціальному кожусі - освітлювач з джерелом живлення. Відстані відлічуються за лінійкою за допомогою покажчиків.

Установка дозволяє за рахунок переміщення екрану і освітлювача отримувати як збільшене, так і зменшене зображення предмета. Це дає можливість визначити фокусну відстань лінзи за формулою лінзи; способом зміщення (способом Бесселя); за рівністю предмета та зображення; за величиною сильно збільшених та зменшених зображень.

Обробка результатів полягає в обчисленні відносної граничної похибки непрямих вимірювань фокусної відстані лінзи.

Дифракція і поляризація світла

Мета роботи: вивчення дифракції і поляризації світла, визначення довжини світлової хвилі в дифракційному досліді на решітці, дослідження обертання площини поляризації.

Лабораторне обладнання зібране на оптичній лаві, на якій закріплений монохромний лазерний освітлювач, знімна головка для вивчення дифракції, закріплена на рейтер, екран. Блок електроніки.

Завдання 1 полягає у визначенні довжини світлової хвилі лазерного джерела випромінювання.

Завдання 2. Вивчення поляризації світла.

Обробка результатів полягає в побудові залежності фотоструму від кута повороту аналізатора.

Зовнішній фотоефект

Мета роботи: Вимірювання роботи виходу електронів з катода вакуумного фотоелемента та перевірка закону Столєтова.

Лабораторне обладнання складається з основи, на якій закріплене джерело світла суцільного спектру в спеціальному кожусі. На рейтер встановлено фотоелемент під обертовою склянкою. Біля стінки склянки вмонтовані кольорові світлофільтри. Для живлення лампи розжарювання та вимірювальної схеми використовується блок електроніки. На передній панелі блоку електроніки розташовані мікроамперметр і вольтметр.

Спочатку знімається ВАХ для повного світлового потоку, потім - для інших кольорів.

Завдання виконується також для зворотної напруги.

Радіаційний фон

Мета роботи: вивчення явища радіоактивності, знайомство з методами реєстрації радіоактивного випромінювання, вимір радіаційного фону.

Основним конструктивним елементом лабораторного обладнання є побутовий дозиметр-радіометр, призначений для вимірювання потужності дози гамма-випромінювання, вимірювання густини потоку бета-випромінювання та оцінки об'ємної активності радіонуклідів в речовинах.

За матеріалами: laborant.net.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus