Алгоритм виконання лабораторного заняття

1. Уважно продумайте мету роботи.

2. Вивчіть і охарактеризуйте вимірювальні прилади, якими будете користуватися:

• визначте ціну поділки і розмір шкали,

• знайдіть похибку вимірювань даним приладом.

3. Зробіть необхідні малюнки і креслення та заповніть таблиці.

4. Визначте закономірність процесів, які ви спостерігали.

5. Запишіть показники приладів; врахуйте, що ні один вимірювальний прилад не дає точного значення вимірювальної величини.

6. Зробіть необхідні розрахунки, користуючись законами, описуючими дані явища.

7. Зробіть висновок, визначте головне в спостереженнях та розрахунках.

Правила поведінки при виконанні лабораторного заняття

1. При виконанні лабораторних робіт дотримуйтесь техніки безпеки.

2. Дотримуватись правил техніки безпеки та безпеки життєдіяльності.

3. На заняття з'являтись вчасно без запізнень.

4. Слідкувати за зовнішнім виглядом, з'являтись на заняття у відповідній формі одягу.

5. Бути ввічливим, з повагою ставитись до викладачів, технічного персоналу.

6. Адекватно реагувати на зауваження викладачів.

7. Дотримуватись нормативної лексики.

8. Дбайливо ставитись до майна кабінету

Критерії оцінювання навчальних досягнень студентів при виконанні лабораторних робіт

Початковий рівень (1-3 бали)	Студент (студентка) демонструє вміння користуватися окремими приладами, може скласти схему досліду лише з допомогою викладача, виконує частину роботи, порушує послідовність виконання роботи, відображену в інструкції
Середній рівень (4 - 6 балів)	Студент (студентка) виконує роботу за зразком (інструкцією) або з допомогою викладача, результат роботи студента дає можливість зробити правильні висновки або їх частину, під час виконання роботи допущені помилки
Достатній рівень (7 - 9 балів)	Студент (студентка) самостійно монтує необхідне обладнання, виконує роботу в повному обсязі з дотриманням необхідної послідовності проведення дослідів та вимірювань. У звіті правильно й акуратно виконує записи, таблиці, схеми, графіки, розрахунки, самостійно робить висновок
Високий рівень (10 - 12 балів)	Студент (студентка) виконує всі вимоги, передбачені для достатнього рівня, виконує роботу за самостійно складеним планом, робить аналіз результатів, розраховує похибки (якщо потребує завдання). Більш високим рівнем вважається виконання роботи за самостійно складеним оригінальним планом або установкою, їх обґрунтування

Лабораторні роботи

Лабораторна робота №1: Методи фізичних вимірювань. Правила обчислення похибок.

Мета: Виконати прямі і непрямі вимірювання.

Прилади і матеріали: лінійка, циркуль.

Небезпечні фактори:

1. Пошкодження цілісності шкіри гострим предметом.

Застереження:

Ø Різкі некоординовані рухи спричинюють пошкодженню шкіри, стають причинами травм.

 

З правилами техніки безпеки ознайомлений (-а) ____________________

^{(підпис студента)}

Теоретичні відомості

Вимірювання – порівняння фізичної величини досліджуваного об’єкта з подібною фізичною величиною, що взята за одиницю вимірювання. В результаті вимірювання встановлюється, у скільки разів досліджувана фізична величина більша або менша за одиницю вимірювання.

Фізичні величини вимірюють за допомогою вимірювальних приладів.

Прямим називають вимірювання, при якому шукане значення величини знаходять безпосередньо з досліду: за порівнянням з еталоном або за показами вимірювального приладу.

Непрямим (опосередкованим) називають вимірювання, при якому шукане значення величини знаходять на основі відомої залежності між цією величиною і величинами, які піддаються прямим вимірюванням.

Щоб правильно зняти покази приладу, необхідно визначити ціну поділки його шкали. Для цього потрібно знати:

ü одиницю фізичної величини, відносно якої проградуйовано прилад;

ü нижню і верхню межі вимірювання даного приладу або сусідні числові позначки на шкалі;

ü кількість поділок між нижньою та верхньою межами або між обраними сусідніми числовими позначками.

Щоб визначити ціну поділки шкали приладу необхідно від значення верхньої межі відняти значення нижньої межі і результат поділити на кількість поділок.

Похибка вимірювання – оцінка відхилення виміряного значення величини від її справжнього значення. Похибка вимірювання є характеристикою (мірою) точності вимірювання.

Оскільки з’ясувати з абсолютною точністю справжнє значення будь якої величини неможливо, то неможливо і вказати величину відхилення справжнього значення від виміряного. Це відхилення прийнято називати похибкою вимірювання. Можливо лише оцінити величину цього відхилення, наприклад, за допомогою статистичних методів. При цьому за справжнє значення приймається середньостатистичне значення, отримане при статистичній обробці результатів серії вимірювань. Це отримане значення не є справжнім, а лише найбільш імовірним. Тому у вимірах необхідно вказувати, яка їхня точність. Для цього разом з отриманим результатом вказується похибка вимірювань.

Наприклад: Т=2,8±0.1 с означає, що справжнє значення часу Т лежить в межах від 2,7 с до 2,9 с з деякою імовірністю, близькою до 1.

Абсолютна похибка вимірювання – це абсолютна різниця між результатом вимірювання та умовно істинним значенням вимірюваної величини. Розмірність абсолютної похибки є такою ж, як і у вимірюваної величини.

де Δа – абсолютна похибка, а – виміряна величина, х – точне число

Відносна похибка – це відношення абсолютної похибки до значення виміряної величини, виражене у відсотках.

)·100%

Таблиця абсолютних інструментальних похибок

№ п/п	Засоби вимірювань	Границя вимірювань	Ціна поділки	Абсолютна інструмен-тальна похибка (Δхі)
	Лінійка учнівська	До 50 см	1 мм	±1 мм
	Вимірювальний циліндр	До 250 мл	1 мл	±1 мл
	Штангенциркуль	150мм	0,1 мм	±0,05 мм
	Мікрометр	25 мм	0,01 мм	±0,005 мм
	Динамометр учбовий	4 Н	0,1 Н	±0,05 Н
	Терези учбові	200 г	-	±0,01 г
	Секундомір	0-30 хв	0,2 с	±1 с за 30 хв
	Термометр лабораторний	0-100ᵒС	1ᵒС	±1ᵒС
	Барометр-анероїд	720-780 мм.рт.ст.	1мм.рт.ст.	±3 мм.рт.ст.
	Амперметр шкільний	2А	0,1 А	±0,05 А
	Вольтметр шкільний	6 В	0,2 В	±0,015 В

Якщо для даного приладу не вказано Δх_і , то вважають, що гранична похибка дорівнює половині ціни поділки шкали.

При математичній обробці експериментальних даних слід результати заокруглювати відповідно до правил.

Похибки посередніх вимірювань фізичних величин визначають за похибками безпосередньо виміряних величин з використанням табличних формул для обчислення похибок, як наведено у таблиці.

№ п/п	Величина, задана виразом	Похибка
Абсолютна	Відносна
	Х=a+b	Δx=±(Δa+Δb)
	Х=a-b	Δx=±(Δa-Δb)
	Х=ab	Δx=±(aΔb-bΔa)
	X=a^n
	X=sinα
	X=tgα

Хід роботи

1. Перемалюйте фігури.

2. Обрахуйте площі цих фігур, шляхом розбиття їх на прості фігури.

3. Обрахуйте похибки.

4. Напишіть висновок.

Контрольні запитання

1) Які вимірювання називаються прямими і непрямими. Наведіть приклади.

2) Сформулюйте правило переведення кратних і дольних одиниць вимірювань в основні.

3) Наведіть 3 – 4 приклади застосування правил обчислення похибок.

Література:

1. Жданов Л.С. Підручник з фізики для середніх спеціальних навчальних закладів. – Київ.: Вища школа. Головне вид-во, 1979. – мова укр. – 568 с. (стор. 16, 22-24)

Розрахунки

Висновок: __________________________________________________ ______________________________________________________________ _____________________________________________________________ ________________________________________________________________ ______________________________________________________________

Рецензія викладача:________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

Оцінка: ____________ Підпис: ___________________

Лабораторна робота №2: “Дослідне підтвердження закону Бойля-Маріотта”

 

Мета роботи: дослідити, як змінюється об'єм певної маси газу при сталій температурі зі зміною тиску, і встановити співвідношення між об’ємом і тиском.

Прилади і матеріали: скляний циліндр з водою висотою приблизно 60 см; скляна трубка довжиною 60 см, закрита з одного кінця; вимірна лінійка з ціною поділки 5 мм/под; барометр-анероїд; штатив універсальний з муфтою і лапкою.

Небезпечні фактори:

1. Пошкодження цілісності шкіри гострим предметом (шматком скла).

2. Пошкодження шкірного покрову загостреними предметами.

Застереження:

Ø Різкі некоординовані рухи спричинюють пошкодженню шкіри, стають причинами травм.

Ø Скло має властивості крихкості, легко ламається й тріскає при ударах й різких змінах температур.

Ø Недостатня фіксація приладів сприяє тілесним пошкодженням.

 

З правилами техніки безпеки ознайомлений (-а) ____________________

^{(підпис студента)}

Теоретичні відомості

Для опису властивостей газів користуються трьома макропараметрами, які однозначно визначають стан газу та знаходяться простим вимірюванням за допомогою приладів, це тиск - p, абсолютна температура - T і об’єм газу - V. Значення таких величин визначається спільною дією великої кількістю молекул, тому їх називають макроскопічними (від грецького ‘макрос’ - великий). Тиск вимірюють барометром, температуру – термометром, а об’єм – лінійкою або мензуркою.

Закон відкрив і опублікував у 1662 році Роберт Бойль. Едм Маріотт опублікував такий же закон в 1676 році на основі незалежних досліджень.

У термодинімічній діаграмі p—V ізотермічний процес зображаєтсья кривою, що називаєься ізотермою.

Закон Бойля-Маріотта визначає те, що якщо маса газу у системі не змінюється (замкнена система), то добуток тиску газу на його об’єм є постійна величина для будь-якого стану газу при ізотермічному процесі:

.

Це означає, що при зменшенні об’єму газу тиск зростає, а при його збільшенні тиск спадає. При ізотермічному стисканні газу його частинкам надається менший об’єм і, тому, вони частіше стикаються зі стінками посудини, що призводить до збільшення тиску газу. При ізотермічному розширенні газу все відбувається навпаки.

При врахуванні закону Менделєєва-Клайперона для будь-якої кількості станів ідеального газу для ізотермічного процесу справедливо:

У певних межах справедливий для розріджених реальних газів, тобто для природних і нафтових вуглеводневих газів за нормальних (чи стандартних) умов. Тоді його записують так: p₀ V₀ = pV, де індекс нуль означає ці умови.

Закон Бойля-Маріотта можна перевірити за допомогою обладнання.

Опустити відкритим кінцем вниз трубку у скляний циліндр висотою 40 см з водою (малюнок 1) і закріпити її у штативі. Повітря в трубці буде під тиском, який дорівнює атмосферному H плюс гідростатичний тиск стовпчика води висотою h. (Для спрощення розрахунку атмосферний тиск і тиск стовпчика води доцільно вимірювати в мм рт. ст.).

Густина води в 13,6 рази менша за густину ртуті, тому стовпчик висотою h мм створює такий самий тиск, як стовпчик ртуті висотою мм.

Повітря в трубці буде під тиском:

, (4)

де Н – атмосферний тиск, виражений в мм рт. ст.;

h – різниця рівнів води, виміряна в мм, у циліндрі і в трубці (див. рис.).

Об’єм повітря в трубці визначається за формулою:

де L – довжина стовпчика повітря, мм рт. ст. (рис.);

S – площа поперечного перерізу повітряного стовпчика в трубці, м².

Із зміною глибини занурення трубки змінюється об’єм V повітряного стовпчика в трубці (і L – довжина стовпчика повітря) і, відповідно, тиск p повітря в ній.

Хід роботи:

1. Виміряйте барометром атмосферний тиск Н (у мм рт. ст.).

2. Опустіть у воду трубку відкритим кінцем вниз на деяку глибину, як показано на рисунку. Виміряйте довжину стовпчика повітря l в трубці і різницю рівнів води в ній і циліндрі h.

3. Повторіть вимірювання l і h для двох різних глибин занурення трубки. Результати запишіть в таблицю 1.1.

4. Обчисліть добутки для трьох дослідів. Коефіцієнт перерахунку 13,6 показує у скільки разів густина води менша за густину ртуті. Порівняйте результати дослідів; зробіть висновок.

5. Обчисліть абсолютну DС і відносну похибки вимірювань за формулами: , . При розрахунках вважайте, що 1,5 мм.

6. Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю 1.

Таблиця 1.

№	Н, мм рт.ст.	h, мм	l (V), ум.од.	, мм рт.ст.		DС

 

7. Накресліть наближену ізотерму, одержану у цій роботі.

8. За результатами досліджень зробіть висновок.

Контрольні запитання

1. Чому під час досліду не слід тримати трубку рукою?

2. Чи має у досліді істотне значення для підтвердження закону площа поперечного перерізу трубки?

3. Яке співвідношення між 1 мм рт. ст. і 1 Па?

4. Об’єм повітря у циліндрі зменшили у 5 разів, різко опустивши поршень. Чи можна вважати, що тиск газу у циліндрі збільшився у 5 разів, а температура залишилася сталою?

5. Чи є процес ізотермічний, якщо газ, який був у початковому стані при нормальних умовах (р₁ =р_атм =10⁵ Па, t₁=20 ⁰C) і його об’єм V₁ = 1л, перевели у стан з макропараметрами р₂ = 2∙10⁵ Па, V₂ =5∙10^-4 м³?

Література:

1. Жданов Л.С. Підручник з фізики для середніх спеціальних навчальних закладів. – Київ.: Вища школа. Головне вид-во, 1979. – мова укр. – 568 с. (стор. 55, 60)

2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Фізика: Підруч. Для 10 кл. серед. шк. – К.: Рад. шк., 1990. – 256 с. (стор. 42-49)

Розрахунки