Методические указания по проведению лабораторных работ по курсу «Физика» (для студентов и преподавателей) (стр. 9 из 13)
Анализ выражения (1) убеждает нас о том, что Р – функция двух переменных.
Зависимость Р от U можно исследовать экспериментально.
Порядок выполнения работы
1. Определите цену деления шкалы измерительных приборов.
2. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1, соблюдая полярность приборов постоянного тока.
3. После проверки преподавателем ключ замкнуть. С помощью реостата установить наименьшее значение напряжения. Снять показания измерительных приборов.
4. Постепенно выводя реостат, снять 6 показания амперметра и вольтметра.
5. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.
Таблица 1.
| № | U (В) | І (А) | P(Вт) |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| 4 | |||
| 5 | |||
| 6 |
6. Построить график зависимости мощности лампы от напряжения.
7. Сделать вывод.
Контрольные вопросы
Вариант1
1. В каких единицах выражается мощность тока?
2. По какой формуле находят работу тока?
3. Две ламы, рассчитанные на одинаковое напряжение, но потребляющие различные мощности, включены в сеть последовательно. Какая из них будет гореть ярче?
4. Лампочка мощностью 2 ВТ имеет сопротивление 4 Ом. Какое сопротивление имеет лампочка мощностью 1 Вт. Обе лампочки рассчитаны на одинаковое напряжение.
5. Спираль подсоединена к сети, вследствие чего она раскалена. Как изменится накал спирали, если на часть ее попадает вода?
Вариант 2
1. Единица измерения работы тока?
2. По какой формуле находят мощность ток?
3. В сеть параллельно включены две лампы. Сопротивление одной из ламп больше другой. В которой из ламп выделится большее количество теплоты за равное время?
4. Как изменится мощность тока на участке цепи, если его сопротивление увеличится в 4 раза, а сила тока уменьшится в 2 раза?
5. Вследствие испарения и распыления материала с поверхности нити накала лампы нить с течением времени становится тоньше. Как это влияет на мощность, потребляемую лампой?
Рекомендуемая литература
1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.189-217)
2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 176-202)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА МЕДИ
Цель работы: научиться на практике рассчитывать электрохимический эквивалент меди.
Оборудование
1. Весы с разновесом.
2. Амперметр.
3. Часы.
4. Источник электрической энергии.
5. Реостат.
6. Ключ.
7. Медные пластины (электроды).
8. Соединительные провода.
9. Электролитическая ванна с раствором медного купороса.
Теория
Процесс, при котором молекулы солей, кислот и щелочей при растворении в воде или других растворителях распадаются на заряженные частицы (ионы), называется электролитической диссоциацией, получившийся при этом раствор с положительными и отрицательными ионами называется электролитом.
Если в сосуд с электролитом поместить пластины (электроды), соединенные с зажимами источника тока (создать в электролите электрическое поле), то положительные ионы будут двигаться к катоду, а отрицательные - к аноду. Следовательно, в растворах кислот, солей и щелочей электрический заряд будет перемещаться вместе с частицами вещества. У электродов при этом происходит окислительно-восстановительные реакции, при которых на них выделяется вещество. Процесс прохождения электрического тока через электролит, сопровождающийся химическими реакциями называется электролизом.
Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса выделившегося вещества на электроде прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит:
m=kq (1)
m=kIt (2)
где k-электрохимический эквивалент-количество вещества, выделенное при прохождении через электролит 1 Кл электричества. Измерив силу тока в цепи, время его прохождения и массу выделившегося на катоде вещества можно определить электрохимический эквивалент (1с выражается в кг/Кл).
k=m/It (3)
где m-масса меди, выделившейся на катоде; I-сила тока в цепи; t- время пропускания тока в цепи.
Порядок выполнения работы
1. Очистить поверхность медной пластины и взвесить ее с максимальной возможной точностью.- m1.
2. Собрать электрическую цепь по схеме рисунке 1, взвешенную пластинку соединить с отрицательным полюсом источника.
Рис.1
3. Заметив время, замкнуть цепь, быстро установить реостатом ток в пределах
1,0 - 1,5 А. Пользуясь реостатом, поддерживать силу тока неизменной на протяжении всего опыта. Записать в таблицу 1 это значение силы тока.
4. Через 10-15 минут (время зафиксировать в секундах) цепь разомкнуть, пластинку,
служившую в опыте катодом, осторожно вынуть и высушить, тщательно взвесить
и найти ее массу после электролиза –m2
5. Определить массу выделившейся меди;
Δm=m1-m2 (4)
6. По результатам измерений определить электрохимический эквивалент меди по формуле
k= Δm /I t (5)
где Δm -масса меди, выделившейся на катоде; t-сила тока в цепи; I- время пропускания тока в цепи.
7. Сравнить найденное значение электрохимического эквивалента с табличным значением и определить относительную погрешность по формуле:
δk= │kтаб -k│/ kтаб * 100%
где для меди k= 3,29*10-7 кг/Кл.
8. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
Таблица 1.
| № | m1 (кг) | m2 (кг) | Δm (кг) | t (c) | I (A) | k (кг/Кл) | δk (%) |
| 1 |
Контрольные вопросы
Вариант 1
1. Почему молекулы соли, кислоты, щелочи в воде распадаются на ионы?
2. Повышается ли сопротивление электролита при понижении температуры? И почему.
3. Как следует поступить, если по ошибке при выполнении опыта взвешенная пластинка была соединена с положительным полюсом источника тока?
4. За 15 минут на электролите выделилось 1485 мг чистой меди. Сопротивление
раствора 0,8 Ом. Определите потребляемую мощность. Принять электрохимический эквивалент меди равным 3,3*10" кг/Кл.
5. Почему для гальванического покрытия изделия чаще всего употребляют никель и хром?
Вариант 2
1. Почему молекулы сахара в воде не распадаются на ионы?
2. Будет ли происходить электролитическая диссоциация в условиях космического полета?
3. Как поступают, когда необходимо к угольному электроду припаять провод?
4. При каких условиях концентрация электролита в процессе электролиза остается
постоянной? Меняется?
5. До каких пор будет продолжаться процесс электролиза медного купороса, если
взяты угольные электроды?
Рекомендуемая литература
1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.283-285)
2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 181-183)
3. Кикин Д.Г., Самойленко П.И. Физика(с основами астрономии) – М.: Высшая школа, 1995. (Стр.138-140)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Цель работы: практически на примерах опытов Фарадея изучить явление электромагнитной индукции.
Оборудование
1. Катушки индуктивности.
2. Источники тока.
3. Полосовые магниты.
4. Гальванометры.
5. Ключи.
Теория
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Цель работы
Практически на примерах опытов Фарадея изучить явление электромагнитной индукции.
Теория
Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 году. Электромагнитная индукция - явление возникновения индукционного тока в замкнутой цепи при изменении магнитного потока сквозь этот контур.
Закон электромагнитной индукции : Э.Д.С индукции ε инд в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока Ф через поверхность, ограниченную контуром.
ε инд = - Δ Ф / Δ t или ε инд = - Ф '(t) - Для контура; (1)
εинд= - Δ Ψ/ Δ t или εинд = - Ψ '(t) - для катушки, (2)
где Ψ = ωФ - потокосцепление ( Вб ) (ω - число витков катушки).
Знак минус в формулах показывает, что индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению внешнего магнитного поля. Этот вывод носит название правила Ленца. Э.Д.С индукции, возникающей при движении проводника в магнитном поле, пропорциональна индукции В магнитного поля, скорости движения ν проводника, его длине ℓ и синусу угла α , образованного векторами В и ν.
ε инд=Вνℓsinα (3)
Для определения направления индукционного тока при движении проводника в магнитном поле пользуются правилом правой руки : правую руку располагают так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а большой отогнутый палец показывал направление движения проводника. Тогда четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.
Порядок выполнения работы
Опыт 1
1. Присоединить зажимы гальванометра к зажимам катушки.
2. Внести полосовой магнит внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой гальванометра.