Фізика і астрономія. Профільний рівень. 11 клас. Засєкіна

ПРАКТИКУМ

ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОЄМНОСТІ КОНДЕНСАТОРА

Обладнання: конденсатор електролітичний (10-30 В, 2000 мкф), мікроамперметр (0-100 мкА або 0-200 мкА), вольтметр (0-6 В), резистор (50-100 кОм), джерело постійного струму (4 В), ключ, з'єднувальні провідники, секундомір.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Складіть електричне коло за схемою (мал. 238).

Мал. 238

2. Замкнувши коло, зарядіть конденсатор до напруги джерела U.

3. Розімкніть коло. Вимірюйте силу струму в колі в різні моменти часу в процесі розряджання конденсатора через резистор і мікроамперметр.

4. Побудуйте графік залежності сили струму в колі від часу й обчисліть площу фігури, обмеженої осями та графіком залежності. Ця площа відповідатиме заряду q, який пройшов через мікроамперметр за час розряджання конденсатора.

5. Обчисліть електроємність конденсатора як відношення заряду q конденсатора до напруги U на його обкладках.

ВИМІРЮВАННЯ ЕРС І ВНУТРІШНЬОГО ДЖЕРЕЛА СТРУМУ

Обладнання: гальванічний елемент (акумулятор або батарейка), 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 239.

Мал. 239

2. Запишіть покази вольтметра при розімкнутому вимикачі K. 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 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, збіль

шивши 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. 240).

Мал. 240

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.

ВИЗНАЧЕННЯ ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ ТІЛ ЗА ДОПОМОГОЮ НИТЯНОГО МАЯТНИКА

Обладнання: нитяний маятник зі змінною довжиною нитки, масштабна лінійка, годинник.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Виміряйте l — довжину маятника.

2. Відхиліть маятник на малий кут (5°-10°) і визначте час 10 повних коливань t. Визначте період коливань Т. Вимірювання повторіть тричі за різних значень l.

3. За формулою періоду коливань нитяного маятника визначте значення g.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ

Обладнання: генератор звуковий шкільний або лабораторний, міліамперметр, вольтметр змінного струму, конденсатор паперовий 6 мкФ, котушка розбірного електромагніту, комплект з'єднувальних провідників.

Вказівки щодо виконання роботи

1. Складіть електричне коло за схемою, зображеною на малюнку 241. Увімкнувши звуковий генератор, установіть на його виході напругу 5 В. Змінюючи частоту змінної напруги від 200 до 3000 Гц із кроком 20 Гц, зніміть покази міліамперметра (I1), підтримуючи напругу на виході генератора незмінною. Результати вимірювань запишіть у таблицю.

Мал. 241

2. Побудуйте графік залежності сили струму в контурі від частоти та визначте резонансну частоту ν0 контура.

3. З'єднайте послідовно з котушкою індуктивності та конденсатором резистор з електричним опором 10-30 Ом. Установіть напругу на виході генератора 5 В і виконайте вимірювання сили струму (І2), описані в пункті 1.

4. За новими результатами вимірювань побудуйте резонансну криву на тому самому аркуші, на якому побудували першу криву, і поясніть відмінність між кривими.

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 одного 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 для семи кольорів і запишіть їх у таблицю.

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 соті — 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. 242, с. 206). 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. 242

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 і протона — однакові. Відношення питомих зарядів частинок обернене до відношення радіусів їхніх траєкторій, оскільки

8. Ідентифікуйте частинку ІІІ за наслідками дослідження.

9. Інші треки належать ядрам Дейтерію та Тритію. З'ясуйте, якому саме ядру належить трек ІІ, а якому — трек IV.