Фізика. Профільний рівень. 11 клас. Засєкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Практикум

ВИМІРЮВАННЯ ЕРС І ВНУТРІШНЬОГО ОПОРУ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ

Обладнання: гальванічний елемент (акумулятор або батарейка кишенькового ліхтарика), лабораторний амперметр, лабораторний вольтметр, реостат (6-8 Ом, 2 А), ключ, з’єднувальні провідники.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Складіть електричне коло за схемою, зображеною на малюнку 258.

Мал. 258

2. Запишіть покази вольтметра при розімкнутому вимикачі К. Ця напруга приблизно дорівнює ЕРС джерела, за умови, що опір вольтметра значно перевищує внутрішній опір джерела.

3. Замкніть коло й реостатом відрегулюйте силу струму так, щоб відлік амперметра дорівнював цілому числу поділок.

4. Запишіть значення сили струму I й напруги на зовнішній ділянці кола U.

5. Обчисліть напругу на внутрішній ділянці кола Uв = ε - U.

6. Визначте внутрішній опір джерела струму за формулою

7. Змінюючи положення повзунка реостата, повторіть дослід тричі. Виконайте обчислення. Визначте середнє значення внутрішнього опору джерела струму.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА З НАПІВПРОВІДНИКОВИМ ДІОДОМ

Обладнання: батарея гальванічних елементів; лампочка розжарювання, розрахована на напругу 3,5 В; будь-який з діодів серії Д7, Д226, КД226, КД220; з’єднувальні проводи, вимикач лабораторний; джерело електроживлення постійного струму; міліамперметр постійного струму; вольтметр постійного струму; реостат повзунковий; ключ.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Складіть електричне коло так, щоб анод діода був з'єднаний через лампочку з позитивною клемою батареї, а катод — з негативною клемою (мал. 259, а).

2. Замкніть вимикач і спостерігайте за яскравістю горіння лампочки, увімкнутої в електричне коло. Зробіть висновок про величину опору напівпровідникового діода, увімкнутого в пропускному напрямку.

3. Змініть порядок включення електродів діода в електричне коло на зворотний (мал. 259, б).

Мал. 259

4. Замкніть вимикач і спостерігайте за станом лампочки, увімкнутої в електричне коло. Зробіть висновок про величину опору напівпровідникового діода, увімкнутого в зворотному напрямку.

5. Дослідіть залежність сили прямого струму від прикладеної до діода напруги. Для цього складіть електричне коло за схемою, зображеною на малюнку 260. Діод увімкніть у пропускному напрямку, звернувши увагу на знаки «+» і «-», позначені на його панелі. Напругу на діод подайте з потенціометра й виміряйте вольтметром зі шкалою 3 В, силу прямого струму діода виміряйте міліамперметром, увімкнутим спочатку зі шкалою 7,5 мА, а потім зі шкалами 15 мА і 30 мА.

Мал. 260

6. Збільшуючи напругу на діоді щоразу приблизно на 0,02 В, записуйте показання обох приладів у таблицю.

Застереження. Сила прямого струму діода не має перевищувати 300 мА, інакше діод вийде з ладу.

7. Дослідіть залежність сили зворотного струму від прикладеної до діода напруги. Для цього складіть електричне коло за схемою, зображеною на малюнку 261, звернувши увагу на відмінність вмикання діода та вольтметра.

Мал. 261

8. Напругу на діод подайте за допомогою потенціометра; виміряйте її вольтметром зі шкалою 15 В, а силу струму — міліамперметром зі шкалою 1,5 мА.

9. Збільшуючи напругу на діоді щоразу приблизно на 0,02 В, записуйте показання обох приладів у таблицю.

10. За результатами вимірювань побудуйте вольт-амперну характеристику діода. (Зверніть увагу, що масштаби осей графіка для першої та другої серії вимірювань (прямий і зворотний струм) краще обрати різними).

ДОСЛІДЖЕННЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Обладнання: котушка з 1200 витками, дві котушки з осердями, два підковоподібні магніти, гальванометр демонстраційний, джерело постійного струму на 5-6 В, реостат на 30 Ом, реостат на 10 Ом, ключ, з’єднувальні провідники.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Приєднайте котушку з 1200 витків до гальванометра. Швидко вставте магніт у котушку, спостерігаючи одночасно за показами приладу. Залишіть магніт у котушці та спостерігайте за стрілкою приладу. Потім швидко витягніть магніт з котушки, спостерігаючи за показами гальванометра. Зробіть висновок.

2. Повільно вставте в котушку, яка замкнена на гальванометр, або витягніть з неї два магніти, складені однойменними полюсами. Повторіть дослід, збільшивши швидкість руху магнітів. З’ясуйте, в яких випадках сила індукційного струму більша та як змінюється напрямок струму під час досліду.

3. Повторіть досліди, рухаючи котушку відносно нерухомого магніту. Зробіть висновок.

4. Послідовно з гальванометром приєднайте ще й реостат і приблизно з однаковою швидкістю вставляйте в котушку (або витягуйте з неї) магніт. При цьому реостат спочатку виведіть на нуль (R = 0), а в іншому досліді введіть повністю (R = 10 Ом). Зафіксуйте покази гальванометра й зробіть висновок.

5. Складіть електричне коло за схемою (мал. 262).

Мал. 262

6. Використовуючи ключ, замкніть і розімкніть коло, зафіксуйте напрямок відхилення стрілки гальванометра. За напрямком відхилення стрілки визначте напрямок індукційного струму, напрямок індукції магнітного поля цього струму, а за полярністю джерела струму — напрямок струму в первинній котушці та напрямок індукції магнітного поля цього струму. Поясніть, який напрямок має індукційний струм порівняно з індукуючим під час замикання й розмикання індукуючого струму, а також під час збільшення та зменшення індукуючого струму. Перевірте виконання в цих дослідах правила Ленца.

7. Використовуючи те само коло, повністю виведіть реостат, замкніть коло й за допомогою реостата швидко збільшуйте й зменшуйте опір кола. Зафіксуйте максимальне відхилення стрілки гальванометра в момент замикання кола, під час швидкого та повільного зменшення опору кола. Зробіть висновок про значення ЕРС індукції в цих дослідах.

8. Вставте й вийміть з обох котушок сталеве осердя. Увесь час спостерігайте за показами гальванометра.

ВИВЧЕННЯ РОБОТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Мета роботи: експериментально визначити коефіцієнт трансформації трансформатора; дослідити залежність ККД трансформатора від опору навантаження.

Прилади та матеріали: трансформатор лабораторний, джерело змінного струму (36 В або 42 В), амперметр змінного струму, вольтметр змінного струму, реостат повзунковий РПІП-2, вимикач, комплект з’єднувальних провідників.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Під'єднайте трансформатор до мережі змінної напруги (36 В або 42 В), замкніть коло. Виміряйте напругу на первинній обмотці U₁.

2. Виміряйте напругу на вторинній обмотці U₂.

3. Обчисліть коефіцієнт трансформації k.

4. Дослідіть залежність ККД трансформатора від навантаження. Для цього у вторинне коло увімкніть через ключ реостат, як показано на малюнку 263.

Мал. 263

5. Виміряйте сили струмів у первинній I₁ і вторинній I₂ обмотках.

6. Виміряти напруги на первинній і вторинній обмотках U₁ і U₂.

7. Дослід повторіть для інших опорів R.

8. Обчисліть потужності, які споживають первинна і вторинна обмотки трансформатора за різних навантажень.

9. Обчисліть ККД трансформатора для кожного навантаження. На основі результатів усіх дослідів зробіть висновок.

ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ

Обладнання: електрична лампа з прямою ниткою розжарювання, вимірювальна установка з лінійкою 1 мм/под. та екраном з поділками, дифракційна ґратка (1/100).

Вказівки щодо виконання роботи

1. Визначте період дифракційної ґратки d за формулою

де N = 100.

2. Помістіть дифракційну ґратку в рамку приладу й зафіксуйте його в підставці.

3. Дивлячись крізь дифракційну ґратку, спрямуйте прилад так, щоб джерело світла було видно крізь вузьку прицільну щілину. Водночас по обидва боки екрана на лінійці видно дифракційні спектри кількох порядків. (У випадку похилого розташування спектрів поверніть ґратку на певний кут до усунення перекосу.)

4. За шкалою визначте положення середин кольорових смуг l у спектрах першого порядку. Вимірювання l проведіть для смуг одyого кольору ліворуч і праворуч та визначте середні значення відстаней. Результати запишіть у таблицю.

5. Визначте за допомогою лінійки відстань L від дифракційної ґратки до шкали рухомого екрана.

6. Обчисліть довжини світлових хвиль у таблицю.

для семи кольорів і запишіть їх

7. Повторіть вимірювання з іншою відстанню екрана від ґратки та для інших дифракційних порядків. Порівняйте отримані результати.

8. Спрямуйте на дифракційну ґратку промінь монохроматичного світла від лазерної указки. Отримайте дифракційну картину. Запишіть у зошиті, чим відрізняється ця картина від попередньої. Проведіть вимірювання аналогічно до попередніх завдань і визначте довжину хвилі лазерного випромінювання.

СПОСТЕРЕЖЕННЯ НЕПЕРЕРВНОГО Й ЛІНІЙЧАТОГО СПЕКТРІВ РЕЧОВИНИ

Обладнання: спектроскоп двотрубний з відліковим мікрометричним гвинтом, трубки спектральні, прилад для засвічування спектральних трубок «Спектр», джерело електроживлення для практикуму ИВПП-І, ключ, комплект з’єднувальних провідників, дротина зі жмутком вати на підставці, колба зі спиртом, сіль кухонна, сірники.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Вставте трубку з гелієм у тримач приладу для засвічування спектральних трубок і приєднайте прилад через вимикач до джерела постійного струму напругою близько 6 В. Щілину коліматора підведіть упритул до спектральної трубки й увімкніть струм.

2. Спостерігаючи крізь окуляр зорової труби й обертаючи мікрометричний гвинт, поступово побачте всі спектральні лінії гелію. Переміщаючи окуляр, отримайте чітке їх зображення.

3. Мікрометричним гвинтом поверніть зорову трубу вправо так, щоб у полі зору з’явилася крайня червона спектральна лінія. Сумістіть зображення вертикальної нитки з цією лінією і запишіть покази мікрометра в таблицю. Мікрометричний гвинт має крок 1 мм, а головку його поділено на 50 рівних частин, отже, ціна поділки на головці — 0,02 мм. Цілі міліметри відлічуйте за нерухомою шкалою на циліндрі, а частки сотих — за шкалою на головці гвинта.

4. Обертаючи мікрометричний гвинт, пересувайте зорову трубу до суміщення нитки з кожною з наступних спектральних ліній. Для кожної лінії запишіть відлік мікрометра в таблицю проти зазначених довжин хвиль гелію, взятих з довідника.

5. За записами відліків мікрометричного гвинта й довжинами хвиль, які відповідають цим відлікам, побудуйте криву. Для цього вздовж осі абсцис відкладайте показання мікрометра, а вздовж осі ординат — довжину світлових хвиль, узявши відповідний масштаб. Через знайдені точки проведіть плавну криву.

6. Змочіть шматочок вати, намотаний на дротину, і закріпіть його за допомогою підставки на висоті щілини коліматора. Підпаліть вату і спостерігайте слабкий суцільний спектр. Обсипте вату, на якій горить спирт, дрібною кухонною сіллю і спостерігайте появу на тлі суцільного спектра яскравої жовтої лінії пари натрію. Сумістіть з нею нитку й запишіть показання мікрометричного гвинта. Користуючись побудованою кривою, визначте довжину хвилі жовтої лінії натрію.

ВИВЧЕННЯ ТРЕКІВ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК ЗА ГОТОВИМИ ФОТОГРАФІЯМИ

Обладнання: фотографії треків заряджених частинок, трикутник або лінійка із ціною поділки 1 мм, циркуль, аркуш прозорого паперу, олівець.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Розгляньте фотографії треків (мал. 264). Трек І належить протону, треки ІІ, ІІІ і IV — частинкам, які потрібно ідентифікувати. Вектор індукції магнітного поля перпендикулярний до площини фотографії й дорівнює 2,17 Тл. Початкові швидкості всіх частинок однакові й перпендикулярні до напрямку магнітного поля.

Мал. 264

2. Накладіть на фотографію аркуш прозорого паперу й перенесіть на нього треки.

3. Для кожного треку проведіть дві хорди та в їхніх серединах поставте перпендикуляри. На перетині перпендикулярів лежать центри кіл.

4. Виміряйте радіуси кривизни треків частинок, перенесених на папір, на початкових ділянках. Поясніть, чому траєкторії частинок є дугами кіл. Яка причина відмінностей у кривизні траєкторій різних ядер? Пояснення запишіть у зошит.

5. Виміряйте радіуси кривизни на початку і в кінці одного з треків. Поясніть, чому кривизна траєкторії кожної частинки змінюється від початку до кінця пробігу частинки.

6. Поясніть причини відмінності в товщині треків різних ядер. Чому трек кожної частинки товстіший у кінці пробігу, ніж на початку? Пояснення запишіть у зошит.

7. Порівняйте питомі заряди

частинки ІІІ і протона І, знаючи, що початкові швидкості частинки й протона — однакові. Відношення питомих зарядів частинок обернене до відношення радіусів їхніх траєкторій, оскільки