Сделать запрос
Версия для печатиКомплект лабораторного оборудования «Физпрактикум» реализует систему обучения физике в школе, лицее, колледже (СОФ ШОЛК). Принципы построения СОФ ШОЛК сохраняют преемственность идей, обучающей системы по физике для вузов (СОФ ВУЗ), однако имеют адаптированную к требованиям довузовской подготовки идеологию и техническую реализацию. Так, теоретический блок системы построен на основе типовой программы по физике средней школы, в котором даются представления об основных физических процессах и явлениях в их историческом развитии, что воспитывает эмпирический тип мышления.
В физическом практикуме СОФ ШОЛК («Физический практикум 1») представлены следующие лабораторные работы:
- Основы измерений и обработки результатов.
- Баллистический маятник.
- Упругий удар.
- Ускорение свободного падения.
- Математический маятник.
- Колебания струны.
- Измерение газовой постоянной.
- Теплоемкость жидкости.
- Вязкость жидкости.
- Коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
- Электроизмерительные приборы.
- Электроемкость конденсатора.
- Законы постоянного и переменного тока.
- Магнитное поле.
- Электромагнитные волны.
- Определение фокусного расстояния линзы.
- Дифракция и поляризация света.
- Электронно-дырочный переход.
- Внешний фотоэффект.
- Радиационный фон.
Таким образом, комплект лабораторного оборудования «Физпрактикум» состоит из двадцати лабораторных работ с соответствующим методическим обеспечением.
Практически в каждой работе предусмотрено основное и дополнительное задания, которые могут выполняться не обязательно всеми учащимися, но по их желанию или выбору, что дает возможность вариативности, практически нигде по разным причинам не используемой в лабораториях школ.
Лабораторное оборудование практикума выполнено в виде блочных модулей с открытой компоновкой отдельных элементов, что дает возможность наглядной демонстрации происходящих в установках процессов.
«Современная элементная база, высокий технологический уровень изготовления и предварительные результаты апробации позволяют рекомендовать лабораторный практикум для производства и широкого внедрения при преподавании курса физики в общеобразовательных учреждениях» (из отзыва Института проблем точной механики и управления Российской Академии Наук).
Комплект лабораторного оборудования для физического практикума защищен патентом на полезную модель и имеет сертификаты по электро- и санитарно-эпидемиологической безопасности.
Комплект «Физпрактикум» неоднократно отмечался на различных образовательных выставках:
- в Москве (апрель 2005г., «Российский образовательный Форум-2005») - диплом лауреата конкурса инновационных разработок в номинации «Инновации в производстве оборудования и средств обучения для образования»;
- в Казахстане (г. Астана, февраль 2006г., «Образование и наука 21 век») – диплом за участие в работе выставки;
- в Краснодаре (март 2006г., Форум «Создай себя сам») – диплом «За высокое качество представленной продукции».
1. Основы измерений и обработка результатов
Цель работы: знакомство с элементами теории погрешностей, методами измерения основных физических величин и правилами обработки результатов измерений.
Установка представляет собой специальный ящик, в котором представлен набор измерительных инструментов: линейка, штангенциркуль, микрометр, транспортир, механический секундомер, термометр, а также исследуемые объекты параллелепипед, неравноугольный треугольник, сосуд с нагревателем и т.п. Кроме этого, в комплект входит блок электроники, состоящий из регулятора напряжения для плавного нагрева и электронного секундомера.
Измерения проводятся несколько раз, а затем вычисляется погрешность.
2. Баллистический маятник
Цель работы: изучение законов сохранения импульса и энергии и основных закономерностей равноускоренного движения, знакомство с методом определения скорости быстродвижущихся тел.
Баллистическим маятником является трубка, подвешенная на нитях штатива. Внутри трубки помещена вата или пластилин. Пистолет располагается горизонтально против открытого конца трубки. Горизонтальное положение основания обеспечивается за счет регулировки ножек по высоте. Для точного позиционирования остальных элементов используются винтовые зажимы. Для регистрации отклонения маятника используется горизонтальная линейка.
Обработка результатов заключается в определении величины средней скорости пули и вычислении погрешности величины дальности полета пули.
3. Упругий удар
Цель работы: Изучение законов сохранения импульса и энергии; применение этих законов к описанию упругого центрального удара двух тел.
В работе используются два шарика, подвешенных к стержню на бифилярных подвесах, закрепленных на штативе с прикрепленным к нему транспортиром. Шарики подвешены на нитях длиной 50-60 см так, что их центры находятся на одном уровне, а сами шарики соприкасаются.
Один из шариков отклоняется на небольшой угол из положения равновесия и отпускается, при этом фиксируются отклонения обоих шаров. Опыт повторяется 5-7 раз.
Обработка результатов состоит в определении зависимости величины горизонтального отклонения шаров от их массы.
4. Ускорение свободного падения
Цель работы: Изучение закона всемирного тяготения, определение ускорения свободного падения.
Основные конструктивные элементы установки: электронный секундомер, штатив, по которому может перемешаться электромагнитный датчик, линейка для измерения высоты положения электромагнитого датчика, электромагнит с грузом.. Сначала датчик устанавливается на определенной высоте. Затем нажатием на кнопку «Пуск» происходит размагничивание э/магнита и измеряется время падения груза. Аналогично производится несколько опытов при различной высоте электромагнитного датчика.
Обработка результатов состоит в построении и анализе графика зависимости высоты падения от времени, в расчете ускорения свободного падения и в вычислении погрешности косвенных измерений величины ускорения свободного падения.
5. Математический маятник
Цель работы: изучение гармонических колебаний на примере колебаний математического маятника, экспериментальная проверка зависимости колебаний маятника от его длины; определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.
Математический маятник представляет собой шарик, подвешенный на длинной тонкой нити. За длину маятника принимается расстояние от точки подвеса до центра груза. Высота подвеса регулируется с помощью винтового зажима и измеряется с помощью линейки. На блоке электроники имеется переключатель для задания количества колебаний и электронный секундомер.
В работе выполняется несколько заданий.
- Маятник отклоняется от положения равновесия на небольшой угол и без толчка отпускается. Изменяется начальное отклонение шарика и определяется время колебаний.
- Во втором задании опыты проводятся с измененной длиной маятника.
- В третьем задании исследуется зависимость периода колебаний от массы маятника, для чего используются грузы другой массы.
Обработка результатов состоит в определении среднего значения периода колебаний с учетом погрешностей, в расчете ускорения свободного падения
6. Колебания струны
Цель работы: изучение волновых явлений, образования стоячих волн, исследование упругих свойств струны.
Установка смонтирована на штативе, который закрепляется винтом на столе лаборатории. Верхний конец струны прикреплен к язычку электромагнитного вибратора, служащего для возбуждения колебаний с помощью генератора. К нижнему концу струны подвешивается груз. Неподвижность обеспечивается с помощью держателя.
Обработка результатов состоит в расчете скорости распространения упругих волн и в вычислении погрешности косвенных измерений величины погонной плотности материала струны.
7. Измерение газовой постоянной
Цель работы: изучение газовых законов, экспериментальная проверка уравнения состояния идеального газа.
Прибор состоит из стеклянной трубки, запаянной с одного конца, соединительной резиновой трубки, смотровой стеклянной трубки, резинового шланга, стеклянной трубки. Все стеклянные трубки имеют одинаковое сечение. Прибор крепится на штативе и заполняется водой так, чтобы её уровень располагался посередине последних трубок.
Дополнительное задание включает измерение газовой постоянной методом измерения объема и давления паров жидкости.
Обработка результатов заключается в сравнении величины газовой постоянной, полученной разными методами и погрешности этих методов.
8. Теплоемкость жидкости
Цель работы: изучение классической теории теплоемкости, экспериментальное определение теплоемкости жидкости калориметрическим методом.
Калориметр представляет сосуд, стенки которого теплоизолированы между собой с помощью прокладки из теплоизолирующего материала,а также от окружающей среды крышкой. В сосуд помещается исследуемое вещество (в нашем случае - жидкость), температура которой определяется термометром. Нагревание жидкости осуществляется электрическим нагревателем, мощность которого определяется по току, регистрируемому стрелочным прибором. Для изменения тока применяется реостат R. Для улучшения условий теплообмена жидкость в эксперименте перемешивается специальной мешалкой.
9. Вязкость жидкости
Цель работы: изучение свойств жидкостей, экспериментальное определение коэффициента вязкости по методу Стокса.
Коэффициент вязкости может бить определен методом падающего шарика в вязкой среде - методом Стокса. Рассмотрим свободное падение свинцового шарика в вязкой покоящейся жидкости.
Экспериментальная установка состоит из стеклянного цилиндра, наполненного исследуемой жидкостью. На цилиндре нанесены две горизонтальные метки а и в, расположенные на расстоянии l. Диаметры шариков измеряются микрометром. Измерив диаметр шарика, опускают его в жидкость, как можно ближе к оси цилиндра. В момент прохождения шарика верхней метки пускают в ход секундомер. В момент прохождения шариком нижней метки секундомер останавливают. Отсчет по секундомеру дает время прохождения шариком пути. Масштабной линейкой измеряют расстояние l между метками а и в. Опыт проводят с 5-7 шариками. Полученные в опытах результаты записываются в таблицу.
10. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости
Цель работы: изучение основных свойств жидкостей, знакомство с некоторыми экспериментальными методами измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости.
В экспериментальной установке указатель определяет начальную длину пружины l1. Вначале измеряется наружный и внутренний диаметр кольца D, d . Определяется сумма наружной и внутренней длин окружностей кольца L.
Затем определяется коэффициент упругости пружины k, для чего на чашечку 2 кладется груз массой m, отмечается растяжение пружины X и вычисляется коэффициент упругости
Эти измерения проводятся несколько раз с разными грузами и результаты записываются в таблицу.
Кольцо погружается в сосуд с водой, сосуд опускается вниз до отрыва кольца от воды. По шкале отмечается длина натянутой пружины в момент отрыва кольца от воды. Эксперимент проделывается не менее 5-ти раз и результат записывается в следующую таблицу. По известному коэффициенту упругости, можно определить силу, которая необходима для отрыва кольца, т.е. силу поверхностного натяжения:
Дополнительное задание. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом поднятия жидкости в капилляре.
Капилляр вставляется в широкий сосуд с исследуемой жидкостью. С помощью масштабной линейки определяется высота подъёма жидкости h. Этот опыт проводится не менее 5 раз
11. Электроизмерительные приборы
Цель работы: знакомство с устройством и принципом действия электроизмерительных приборов общего назначения, градуировка электроизмерительных приборов, расширение пределов измерения.
В работе выполняется 3 задания.
- Определение погрешностей электроизмерительных приборов.
- Расчет добавочного сопротивления к вольтметру и расширение пределов измерения вольтметра.
- Расчет шунта и расширение пределов измерения амперметра.
Лабораторная установка состоит из двух частей:
- в левой части имеется амперметр, регулирующее сопротивление для установки заданных значений тока и переключатель добавочного сопротивления;
- в правой части – вольтметр, регулятор сопротивления для установки заданных значений напряжения и переключатель добавочного шунта.
- значения тока и напряжения контролируются с помощью контрольно-измерительного прибора.
Выбор задания осуществляется переключателем.
12. Электроемкость конденсатора
Цель работы: изучение основных характеристик плоских конденсаторов, их технического применения, измерение емкости плоского конденсатора.
Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз будет отбрасываться по шкале на одно и то же число делений. Переключатель П1 позволяет включать в цепь заряда - разряда различные емкости - эталонную С и измеряемую Сх, а также последовательную и параллельную цепочку конденсаторов С1, С2. Переключатель П2 при заданном положении переключателя П1 позволяет включить цепь заряда или разряда конденсаторов.
Задание 1. Имея конденсатор известной емкости С (эталон), можно на опыте убедиться, что емкость конденсатора прямо пропорциональна числу делений, на которое отбрасывается стрелка гальванометра.
В задании 2 определяется емкость конденсатора на основании измерений заряда, отданного конденсатором при его разряде.
13. Законы постоянного и переменного тока
Цель работы: изучение законов постоянного тока, экспериментальная проверка закона Ома, изучение цепи переменного тока, определение индуктивности катушки.
Задание 1. Измерение напряжений на разных участках цепи.
Задание 2. Проверка закона Ома для участка цепи.
Задание 3. Проверка закона Ома для цепи переменного тока.
14. Магнитное поле
Цель работы: знакомство с основными характеристиками магнитного поля, экспериментальное определение магнитного поля катушки с током.
Все принадлежности установки смонтированы на основании. На немагнитной подставке укреплена короткая катушка, магнитное поле в которой создается соответствующей электрической цепью, состоящей из блока питания БП, реостата R и амперметра. На штативе закреплена направляющая, на которой укреплена магнитная стрелка, которая может переметаться вдоль оси катушки, а её положение фиксируется по линейке.
Задание. Определение магнитного поля катушки методом колебаний.
15. Электромагнитные волны
Цель работы: определение скорости распространения электромагнитных волн вдоль двухпроводной линии
Скорость распространения электромагнитной волны вдоль линии не зависит от взаимного расположения проводов, поэтому в установке двухпроводная линия наматывается на катушку.
Интервал времени Δt может измеряться с помощью электронного осциллографа, подключенного к началу двухпроводной линии. На вход линии подается от генератора прямоугольный импульс напряжения. При включении осциллографа в режим работы со ждущей разверткой её запуск произойдет в момент отправления импульса. На экране виден этот импульс, а затем на некотором расстоянии от него импульс такой же полярности, отраженный от конца линии. Зная скорость развертки, можно по расстоянию на экране осциллографа между первичным и отраженным сигналом определить интервал времени Δt.
Обработка результатов состоит в расчете скорости электромагнитной волны, индуктивности и емкости линии и в сравнении их с экспериментальными значениями.
16. Электронно-дырочный переход
Цель работы: изучение электрических свойств полупроводников, снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода, исследование автогенератора на транзисторе.
Лабораторная установка представляет собой блок электроники, состоящий из амперметра, вольтметра и двух диодов – кремниевого и германиевого. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) снимаются для прямого и обратного тока.
Обработка результатов заключается в построении ВАХ прямого и обратного токов для различных диодов.
Дополнительное задание: изучение автогенератора на полупроводниковом транзисторе.
17. Определение фокусного расстояния линзы
Цель работы: изучение основных теоретических положений геометрической оптики, способов контроля изображений в линзах и простейших оптических приборах, экспериментальное определение различными способами фокусного расстояния линзы
Все принадлежности для выполнения работы собраны на оптической скамье: рейтер с экраном, рейтер с двояковыпуклой линзой, рейтер с электрической лампочкой в специальном кожухе - осветитель с источником питания. Расстояния отсчитываются по линейке с помощью указателей.
Установка позволяет за счет перемещения экрана и осветителя получать как увеличенное, так и уменьшенное изображения предмета. Это дает возможность определить фокусное расстояние линзы способами.
- по формуле линзы.
- способом смещения (способом Бесселя).
- по равенству предмета и изображения.
- по величине сильно увеличенных и уменьшенных изображений.
Обработка результатов состоит в вычислении относительной предельной погрешности косвенных измерений фокусного расстояния линзы.
18. Дифракция и поляризация света
Цель работы: изучение дифракции и поляризации света, определение длины световой волны в дифракционном опыте на решетке, исследование вращения плоскости поляризации
Принадлежности лабораторной установки собраны на оптической скамье, на которой закреплен монохромный лазерный осветитель, съемная головка для изучения дифракции, закрепленная на рейтере, экран. Блок электроники.
Задание 1 заключается в определении длины световой волны лазерного источника излучения.
Задание 2. Изучение поляризации света.
Обработка результатов состоит в построении зависимости фототока от угла поворота анализатора.
19. Внешний фотоэффект
Цель работы: Измерение работы выхода электронов из катода вакуумного фотоэлемента и проверка закона Столетова.
Лабораторная установка состоит из основания, на котором закреплен источник света сплошного спектра в специальном кожухе. На рейтере установлен фотоэлемент во вращающемся стакане. В стенки стакана вмонтированы цветные светофильтры. Для питания лампы накаливания и измерительной схемы используется блок электроники. На передней панели блока электроники расположены микроамперметр и вольтметр.
Вначале снимается ВАХ для полного светового потока, затем – для остальных цветов. Задание выполняется также для обратного напряжения.
20. Радиационный фон
Цель работы: изучение явления радиоактивности, знакомство с методами регистрации радиоактивного излучения, измерение радиационного фона.
Основным конструктивным элементом установки является бытовой дозиметр-радиометр, предназначенный для измерения мощности дозы гамма-излучения, измерения плотности потока бета-излучения и оценки объемной активности радионуклидов в веществах.