Измерение ускорения тела при равноускоренном движении

Лабораторная работа №1

Наименование работы: Измерение ускорения тела при равноускоренном движении.

Цель работы: измерить ускорение шарика, скатывающегося по наклонному желобу.

Оборудование: металлический желоб, штатив с муфтой и зажимом, стальной шарик, металлический цилиндр, измерительная лента, секундомер или часы с секундной стрелкой.

Подготовка к работе:

Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

Какое движение называется равноускоренным?

Запишите формулы для расчета перемещения при равноускоренном движении.

Подготовить бланк отчета.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Опишите движение шарика по желобу.

Запишите формулы для расчета ускорения при равноускоренном движении.

Какие изменения произойдут при увеличении начальной скорости шарика?

Что такое абсолютная погрешность измерений?

Что такое относительная погрешность измерений?

Задание:

Соберите установку,  изображенную на рисунке (верхний конец желоба должен быть на несколько сантиметров выше нижнего). Положите в желоб у его нижнего конца металлический цилиндр. Когда шарик, скатившись, ударится о цилиндр, звук удара поможет точнее определить время движения шарика.

Отметьте на желобе начальное положение шарика, а также его конечное положение

Измерьте расстояние между верхней и нижней отметками на желобе (модуль s перемещения шарика) и результат измерения запишите в таблицу.

 Выбрав момент, когда секундная стрелка находится на делении, кратном 10-ти, отпустите шарик без толчка у верхней отметки и измерьте время t до удара шарика о цилиндр. Повторите опыт 5 раз, записывая в таблицу результаты измерений. При проведении каждого опыта пускайте шарик из одного и того же начального положения, а также следите за тем, чтобы верхний торец цилиндра находился у соответствующей отметки.

Вычислите   и результат запишите в таблицу.

Вычислите ускорение, с которым скатывался шарик: . Результат вычислений запишите в таблицу.

Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.

№ опыта

S, м

t, с

tср, с

а, м/с2

8.Произвести расчет абсолютной и относительной погрешности измерений.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Движение шарика, скатывающегося по желобу, приближенно можно считать равноускоренным. При равноускоренном движении без начальной скорости модуль перемещения s, модуль ускорения а и время движения t связаны соотношением Поэтому, измерив s и t, мы можем найти ускорение а по формуле  . Чтобы повысить точность измерения, ставят опыт несколько раз, а затем вычисляют средние значения измеряемых величин.

Равноускоренным движением называют движение с  ускорением, постоянным по модулю и направлению. При равноускоренном движении скорость тела изменяется, ускорение остается постоянным.

Абсолютные и относительные погрешности.

   Для количественной оценки качества измерений вводят понятия абсолютной и относительной погрешностей измерений.

         Как уже говорилось, любое измерение дает лишь приближенное значение физической величины, однако можно указать интервал, который содержит ее истинное значение:

            Величина ΔА называется абсолютной погрешностью измерения величины А. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Абсолютная погрешность равна модулю максимально возможного отклонения значения физической величины от измеренного значения. Апр- значение физической величины, полученное экспериментально, если измерение проводилось многократно, то среднее арифметическое этих измерений.

         Но для оценки качества измерения необходимо определить относительную погрешность ε. 

.

         Если при измерении получена относительная погрешность более 10%, то говорят, что произведена лишь оценка измеряемой величины. В лабораториях физического практикума рекомендуется проводить измерения с относительной погрешностью до 10%. В научных лабораториях некоторые точные измерения (например определение длины световой волны), выполняются с точностью миллионных долей процента.

Лабораторная работа № 2

Наименование работы: Определение жесткости пружины. Определение коэффициента трения скольжения.

Цель работы: проверить справедливость закона Гука для пружины динамометра и измерить коэффициент жесткости этой пружины; измерить коэффициент трения скольжения дерева по дереву.

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр, динамометр с заклеенной шкалой, набор грузов известной массы (по 100 г), линейка с миллиметровыми делениями, деревянный брусок, деревянная линейка.

Подготовка к работе:

Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

Сила упругости.

Закон Гука

Сила трения.

Подготовить бланк отчета.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Инерциальная система отсчета.

Сила трения скольжения.

Сила трения качения.

Гироскоп.

Использование гироскопа.

Задание:

Определить жесткость пружины.

Закрепите пружину в штативе на достаточно большой высоте.

Подвешивая различное число грузов (от 1-го до 4-х), вычислите для каждого груза соответствующее значение F = mg, с помощью динамометра, а также измерьте соответствующее удлинение пружины х.

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

№ опыта

m, кг

F, H

x

1.

2.

3.

4.

Начертите оси координат х и F, выберите удобный масштаб и нанесите полученные экспериментальные точки.

Оцените (качественно) справедливость закона Гука для данной пружины: находятся ли экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

Запишите сделанный вами вывод.

Вычислите коэффициент жесткости по формуле:, используя результаты опыта № 4 (это обеспечивает наибольшую точность).

Определить коэффициент трения скольжения.

Определите с помощью динамометра вес бруска и запишите в приведенную ниже таблицу.

Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

Поставив на брусок один груз, тяните брусок равномерно по горизонтальной линейке, измеряя с помощью динамометра прикладываемую силу. Повторите опыт, поставив на брусок 2 и 3 груза. Записывайте каждый раз в таблицу значения силы трения Fmр и силы нормального давления.

Начертите оси координат и , выберите удобный масштаб и нанесите полученные три экспериментальные точки.

Оцените (качественно), подтверждается ли на опыте, что сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления: находятся ли все экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

Запишите сделанный вами вывод.

Вычислите коэффициент трения по формуле , используя результаты опыта № 3 (это обеспечивает наибольшую точность) и запишите его значение.

№ опыта

, Н

, Н

1.

2.

3.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Согласно закону Гука, модуль F силы упругости и модуль х удлинения пружины связаны соотношением F = kx. Измерив F и х, можно найти коэффициент жесткости k по формуле .

Если тянуть брусок с грузом по горизонтальной поверхности так, чтобы брусок двигался равномерно, прикладываемая к бруску горизонтальная сила равна по модулю силе трения скольжения , действующей на брусок со стороны поверхности. Модуль силы трения связан с модулем силы нормального давления соотношением. Измерив и , можно найти коэффициент трения μ по формуле .

Гироскоп — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. Простейший пример гироскопа — юла (волчок).

Основные два типа гироскопов по принципу действия:

механические гироскопы,

оптические гироскопы.

Механические гироскопы

Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироскоп — быстро вращающееся твёрдое тело (ротор), ось вращения которого может свободно изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на него моментов внешних сил и эффективно сопротивляться действию внешних моментов сил. Это свойство в значительной степени определяется величиной угловой скорости собственного вращения гироскопа.

Впервые это свойство использовал Фуко в 1852 г. для экспериментальной демонстрации вращения Земли. Именно благодаря этой демонстрации гироскоп и получил своё название от греческих слов «вращение», «наблюдаю».

left26035Свойства гироскопа используются в приборах — гироскопах, основной частью которых является быстро вращающийся ротор, который имеет несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

Чаще всего используются гироскопы, помещённые в карданов подвес. Такие гироскопы имеют 3 степени свободы, то есть он может совершать 3 независимых поворота вокруг трех осей, пересекающихся в центре подвеса, который остаётся по отношению к основанию неподвижным.

Лабораторная работа № 3

Наименование работы: Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы: сравнить изменения потенциальной энергии груза и потенциальной энергии пружины.

Оборудование: штатив с муфтой и зажимом, динамометр с фиксатором, груз, прочная нить, измерительная лента или линейка с миллиметровыми делениями.

Подготовка к работе:

Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

Дайте определение энергии.

Какие вы знаете виды энергии?

Подготовить бланк отчета.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Кинетическая энергия. Потенциальная энергия.

Закон сохранения энергии.

Приведите примеры превращения кинетической энергии тела в потенциальную и обратно.

Задание:

Соберите установку, изображенную на рисунке.

Привяжите груз на нити к крючку динамометра (длина нити 12-15 см). Закрепите динамометр в зажиме штатива на такой высоте, чтобы груз, поднятый до крючка, при падении не доставал до стола.

Приподняв груз так, чтобы нить провисала, установите фиксатор на стержне динамометра вблизи ограничительной скобы.

Поднимите груз почти до крючка динамометра и измерьте высоту h1 груза над столом (удобно измерять высоту, на которой находится нижняя грань груза).

Отпустите груз без толчка. Падая, груз растянет пружину, и фиксатор переместится по стержню вверх. Затем, растянув рукой пружину так, чтобы фиксатор оказался у ограничительной скобы, измерьте F, х и .

Вычислите: а) Вес груза Р=mg;б) Увеличение потенциальной энергии пружины ; в) Уменьшение потенциальной энергии груза = P(-).

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

P, H

, м

, м

F, H

x, м

, Дж

, Дж

Найдите значение отношения

Сравните полученное отношение с единицей и запишите сделанный вывод; укажите, какие превращения энергии происходили при движении груза вниз.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Груз весом Р привязывают на нити к крючку пружины динамометра и, подняв на высоту над поверхностью стола, отпускают.

Измеряют высоту груза в момент, когда скорость груза станет равной нулю (при максимальном удлинении пружины), а также удлинение х пружины в этот момент. Потенциальная энергия груза уменьшилась на = P(-), а потенциальная энергия пружины увеличилась на , где k - коэффициент жесткости пружины, х — максимальное удлинение пружины, соответствующее наименьшему положению груза.

Поскольку часть механической энергии переходит во внутреннюю вследствие трения в динамометре и сопротивления воздуха, отношение меньше единицы. В данной работе требуется определить, насколько это отношение близко к единице.

Модуль силы упругости и модуль удлинения связаны соотношением F = kx, поэтому , где F — сила упругости, соответствующая максимальному удлинению пружины. Таким образом, чтобы найти отношение , надо измерить Р, , , F и х.

Для измерения F, х и необходимо отметить состояние, соответствующее максимальному удлинению пружины. Для этого на стержень динамометра надевают кусочек картона (фиксатор), который может перемещаться вдоль стержня с небольшим трением. При движении груза вниз ограничительная скоба динамометра сдвинет фиксатор, и он переместится вверх по стержню динамометра. Затем, растянув динамометр рукой так, чтобы фиксатор оказался снова у ограничительной скобы, считывают значение F, а также измеряют х и .

Лабораторная работа № 4

Наименование работы: Изучение устройства микроскопа. Исследование минералов.

Цель работы: Изучить устройство микроскопа и методы работы с ним. Изучить строение минералов.

Оборудование: Микроскоп, набор минералов.

Подготовка к работе:

Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

Агрегатные состояния вещества;

Разновидности твердых тел.

Подготовить бланк отчета.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Какие основные части микроскопа вы знаете?

Какие основные методы работы с микроскопом вы знаете?

Назовите разновидности твердых тел. К какой из них относятся минералы?

Назовите основные свойства жидкости.

Виды современных микроскопов. Их назначение.

Задание:

Прочитать и законспектировать теоретическую часть Лабораторной работы №5.

Схематично зарисовать микроскоп и подписать основные части (см. рис.1).

Найти все составляющие на реальном микроскопе.

Установить микроскоп в удобное положение перед собой. Аккуратно установить окуляр и объектив.

Рассчитать увеличение микроскопа для данного объектива.

Вращая макровинт, установить тубус в таком положении, чтобы расстояние от линзы до объекта было не более 1 см.

Поворачивая зеркало, добиться равномерного освещения поля зрения.

Поместить минерал под № 1 на предметный столик микроскопа и, глядя сбоку, опускают объектив при помощи винта до тех пор, пока расстояние не станет 4-5 мм. Медленно поворачивая макровинт, добиться резкого изображения объекта. Выбрать метод работы с микроскопом для данного предмета. Записать. Зарисовать поверхность минерала.

Поместить минерал под № 2 на предметный столик микроскопа и, глядя сбоку, опускают объектив при помощи винта до тех пор, пока расстояние не станет 4-5 мм. Медленно поворачивая макровинт, добиться резкого изображения объекта. Выбрать метод работы с микроскопом для данного предмета. Записать. Зарисовать поверхность минерала.

С помощью пипетки поместить каплю воды на предметный столик микроскопа и, глядя сбоку, опускают объектив при помощи винта до тех пор, пока расстояние не станет 4-5 мм. Медленно поворачивая макровинт, добиться резкого изображения объекта. Выбрать метод работы с микроскопом для данного предмета. Записать. Зарисовать поверхность капли.

Закончив работу, чистой. х.б. салфеткой протереть предметный столик, микроскоп убрать в специальный футляр.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Устройство микроскопа.

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом.

Основными частями светового микроскопа (рис. 1) являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубусодержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.

Рис. 1

1. Окуляр2. Тубус3. Держатель4. Винт грубой фокусировки5. Винт точной (микрометренной)     фокусировки6. Револьверная головка7. Объектив8. Предметный столик

При работе с пропускающими свет объектами (жидкостями, тонкими срезами растений и т. п.), их освещают проходящим светом – осветитель и конденсор располагаются под предметным столиком. Непрозрачные же образцы нужно освещать спереди. Для этого осветитель располагают над предметным столиком, и его лучи с помощью полупрозрачного зеркала направляются на объект через объектив.

Осветитель может быть пассивным, активным (лампа) или состоять из обоих элементов. Самые простые микроскопы не имеют ламп для подсветки образцов. Под столиком у них располагается двустороннее зеркало, у которого одна сторона плоская, а другая – вогнутая. При дневном освещении, если микроскоп стоит у окна, получить довольно неплохое освещение можно при помощи вогнутого зеркала. Если же микроскоп находится в темном помещении, для подсветки используются плоское зеркало и внешний осветитель.

Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра. При увеличении окуляра равном 10 и увеличении объектива равном 40 общий коэффициент увеличения равен 400. Обычно в комплект исследовательского микроскопа входят объективы с увеличением от 4 до 100. Типичный комплект объективов микроскопа для любительских и учебных исследований (х 4, х10 и х 40), обеспечивает увеличение от 40 до 400.

Основные части микроскопа:

Осветительная часть. Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах и перед объектом над объективом в инвертированных. Осветительная часть включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

Воспроизводящая часть. Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т.е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей). Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа. Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему. 

Визуализирующая часть. Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотопленке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения). Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (камерой, фотокамерой). Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системой (окулярами, которые работают как лупа).  Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими согласующими элементами (фотоканал).

Основные методы работы с микроскопом

Метод светлого поля в проходящем свете. Подходит для изучения прозрачных объектов с неоднородными включениями (тонкие срезы растительных и животных тканей, простейшие микроорганизмы в жидкостях, тонкие полированные пластинки некоторых минералов). Осветитель и конденсор располагаются ниже предметного столика. Изображение формирует свет, проходящий через прозрачную среду и поглощаемый более плотными включениями. Для повышения контраста изображения часто используются красители, концентрация которых тем больше, чем больше плотность участка образца.

Метод светлого поля в отраженном свете. Используется для изучения непрозрачных объектов (металлов, руд, минералов), а также объектов, из которых невозможно или нежелательно брать образцы для приготовления полупрозрачных микропрепаратов (ювелирных изделий, произведений искусства и пр.) Освещение поступает сверху, обычно через объектив, который в данном случае играет также роль конденсора.

Метод косого освещения и метод темного поля. Методы для исследования образцов с очень низким контрастом, например, практически прозрачных живых клеток. Проходящий свет подают на образец не снизу, а немного сбоку, благодаря чему становятся заметны тени, которые образуют плотные включения (метод косого освещения). Сместив конденсор таким образом, что его прямой свет вообще не будет попадать на объектив (образец при этом освещается только косыми лучами на просвет), в окуляре микроскопа можно наблюдать белый объект на черном фоне (метод темного поля). Оба метода подходят только для микроскопов, конструкция которых допускает перемещение конденсора относительно оптической оси микроскопа.

Виды современных микроскопов.

Помимо световых микроскопов, существуют также электронные и атомные, которые в основном используются для научных исследований. Обычный просвечивающий электронный микроскоп похож на световой, за тем исключением, что объект облучается не световым потоком, а пучком электронов, генерируемым специальным электронным прожектором. Полученное изображение проецируется на люминесцентный экран с помощью системы линз. Увеличение просвечивающего электронного микроскопа может достигать миллиона, однако, для атомно-силовых микроскопов и это не предел. Именно атомным микроскопам, способным вести исследования на молекулярном и даже атомном уровне, мы обязаны многим последним достижениям в областях генной инженерии, медицины, физики твердого тела, биологии и других наук.

Лабораторная работа № 5

Наименование работы: Опытная проверка закона Бойля - Мариотта. Определение коэффициента поверхностного натяжения.

Цель работы: экспериментальная проверка закона Бойля-Мариотта, экспериментально определить коэффициент поверхностного натяжения методом отрыва капель.

Оборудование: стеклянный цилиндр высотой 30 см, стеклянная трубка длиной 30—40 см, закрытая с одного конца, стакан, пластилин, термометр, линейка, барометр-анероид (один на класс), штатив с лапкой, холодная и горячая вода, весы учебные; разновес (можно мензурку); клин измерительный; пипетка, штангенциркуль; стакан с водой; стакан химический.

Подготовка к работе:

Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

Назовите известные вам изопроцессы;

Что такое поверхностное натяжение жидкости?

Подготовить бланк отчета.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Закон Бойля – Мариотта

Коэффициент поверхностного натяжения

Психрометр

Принцип работы и действия психрометра

Виды психрометров.

Задание:

Опытная проверка закона Бойля - Мариотта

Соберите установку, изображенную на рисунке.

Измерьте барометром атмосферное давление в мм рт. ст.

Погружая в воду трубку открытым концом вниз, измерьте h и l (повторите опыт не менее трех раз).

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.

№ Опыта

Н, мм рт.ст.

h, мм

l, см

Определение коэффициента поверхностного натяжения.

С помощью измерительного клина и штангенциркуля измерьте внутренний диаметр пипетки d.

Накапайте в пустой стакан 100-200 капель воды и с помощью весов (или мензурки) определите массу накапанной воды М.

Вычислите σ

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.

d, м

n

М, кг

, Н/м

ПРИЛОЖЕНИЕ

В цилиндр с водой опускают открытым концом вниз трубку (см. рисунок). Если уровень воды в трубке находится ниже уровня воды в сосуде на h, то давление воздуха в трубке равно сумме атмосферного и гидростатического давления столба воды высотой h.

Для упрощения расчетов можно измерять давление в миллиметрах ртутного столба. Тогда, с учетом того, что плотность воды в 13,6 раз меньше плотности ртути, для воздуха в трубке можно записать где Н — атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба, h — разность уровней воды в цилиндре и трубке, измеренная в миллиметрах.

В трубке заключена постоянная масса воздуха, который можно считать находящимся при постоянной (комнатной) температуре. Объем и давление воздуха, заключенного в трубке, можно изменять, изменяя глубину погружения трубки. Объем воздуха в трубке V = l S , где l — длина столба воздуха; S — площадь сечения трубки. Поскольку площадь поперечного сечения трубки постоянна, длина столба воздуха в трубке пропорциональна объему воздуха. Поэтому для проверки закона Бойля — Мариотта достаточно проверить справедливость равенства: =const

Расчеты показывают, что отрыв капли воды от пипетки происходит при выполнении равенства mg=σπd, где m — масса капли, σ — коэффициент поверхностного натяжения воды, d — внутренний диаметр пипетки. Отсюда

Для повышения точности измеряют массу М нескольких капель: М = m·n, где n — число капель. Тогда расчетная формула принимает вид:

Психрометр — это прибор предназначенный для измерения температуры воздуха и его влажности.

Принцип работы и устройство психрометров

Принцип действия любого психрометра основан на физическом свойстве жидкости (воды) к испарению и возникающей при этом разности температур показываемых сухим и влажным термометрами. Испарение, за счет того, что жидкость покидают наиболее "быстрые" молекулы, приводит к потере жидкостью части энергии и как следствие снижение ее температуры, регистрируемое смоченным термометром.

Простейший психрометр состоит из двух стеклянных термометров (спиртовых или ртутных). Один сухой, другой влажный (смоченного), обернутый влажной хлопчатобумажной тканью. Конец этой ткани опущен в резервуар с жидкостью. При испарении воды происходит охлаждение влажного термометра. Чем ниже влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее протекает этот процесс. Следовательно, чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже будут показания смоченного термометра, тем больше будет разница между показаниями сухого и влажного термометров.

Зафиксировав показания сухого и влажного термометров, с помощью специальных формул или психрометрической таблицы определяется относительная, а затем по психрометрической формуле - абсолютная влажность воздуха.

Виды психрометров

-108585106045Современные психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. Основной станционный психрометр - психрометр Августа. В аспирационном психрометре (например, психрометр Ассмана) термометры расположены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового излучения окружающих предметов, где обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с. При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используются термометры сопротивления, терморезисторы.

Лабораторная работа №6,7

Наименование работы: Электрические цепи. Элементы электрической цепи. Исследование смешанного соединения проводников.

Цель работы: изучить элементы электрической цепи; экспериментально изучить характеристики смешанного соединения проводников.

Подготовка к работе:

1. Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

Сформулировать закон Ома для участка цепи. Дать определение всех величин, входящих в него и назвать их единицы измерения.

От каких физических величин зависит сопротивление проводника?

Какое соединение проводников называют последовательным? Какое параллельным?

2. Подготовить бланк отчета.

Оборудование: источник тока, резистор 3 шт., электрическая лампочка, соединительные провода, вольтметр, амперметр, реостат.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Что называют электрической цепью?

Условные обозначения некоторых элементов электрической цепи?

Что такое «электроизмерительные приборы»? Примеры.

Назовите типы электрических цепей.

Запишите формулы для расчета силы тока, напряжения и сопротивления в зависимости от типа электрической цепи.

Как изменится сопротивление, если проводники нагреть?

Порядок выполнения работы:

Собрать электрическую цепь согласно схеме. Снять измерения для расчетов.

Схема 1.

Соберите электрическую цепь по схеме 1.

Замкните цепь и измерьте силу тока и напряжение на резисторе.

При помощи реостата установите в цепи определенную силу тока. Повторите опыт несколько раз, постепенно перемещая ползунок реостата.

Занесите результаты измерений в Таблицу 1.

По результатам измерений произведите расчет сопротивления резистора. Рассчитать среднее значение сопротивления резистора.

Нарисовать график зависимости силы тока от сопротивления.

1

2

3

4

5

I

U

R

Таблица 1.

Схема 2.

Схема 3.

Изучить зависимость силы тока от сопротивления.

Собрать электрическую цепь согласно схеме 2.

Снять показания амперметра.

Собрать электрическую цепь по схеме 3.

Снять показания амперметра.

Определить, как изменились показания амперметра и степень накала

лампочки в зависимости от типа соединения резисторов.

Зарисовать схему данной электрической цепи, выполнить задания:

-231775158115

1)Определите площадь сечения константового провода.

2) Определите сопротивление мотка константового провода.

3)Определите длину константового провода, если его удельное сопротивление равно 4.7· 10-7 Ом ·м

Рассчитать полное сопротивление электрической цепи. (Взять карточку с цепью, согласно своему номеру в журнале).

ПРИЛОЖЕНИЕ

Электрические цепи. Исследование смешанного соединения проводников.

Электрическая цепь-  это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.Самая простая электрическая цепь состоит из :

Источники тока (батареи, генераторы, химические элементы и т.д.)

Потребители электроэнергии ( лампа, электроплитка, электродвигатель и т.д.)

Управляющие элементы (выключатель, кнопка, рубильник и т.д.)

Соединительные провода.

Чертежи, на которых показано, как электрические приборы соединены в цепь, называются электрическими схемами. На электрических схемах все элементы электрической цепи имеют условные обозначения:

43014906509385

Гальванический элемент- источник электрического тока, в котором вследствие электрохимической реакции выделяется электрическая энергия. Состоит из отрицательных (чаще из цинка) и положительных (из меди, угля или окиси металла) электродов, погруженных в жидкий или пастообразный раствор электролита.

41395651508760Батарея элементов- группа соединённых источников электрического тока. В электротехнике источники электроэнергии (гальванические элементы, аккумулятор),термоэлементы или фотоэлементы соединяют в батарею, чтобы получить напряжение (последовательное соединение), силу тока или ёмкость (параллельное соединение) источника большие, чем может дать один элемент.

152402708910Резистор-  пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи.

Ключ- электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи.

35013904042410

Реостат- это прибор, сопротивление которого можно регулировать. При перемещении движка по реостату изменяется длина проволоки (вокопроводящего слоя), а следовательно, и величина сопротивления, включаемого последовательно в электрическую цепь, что в свою очередь вызывает изменение величины тока в цепи и перераспределение напряжения между нагрузкой и реостатом.

Основной частью проволочного реостата является керамическая трубка, на которую положена специальная высокоомная проволока. На направляющем металлическом стержне укреплен ползунок, который может свободно передвигаться вдоль проволоки, намотанной на керамической трубке.

-990607604760Предохранитель-  устройство, разрывающее электрическую цепь при недопустимой силе тока. Данный механизм происходит посредством нагрева, оплавления и последующего разрушения (плавкие предохранители). Также существуют предохранители для многократного использования (автоматические выключатели, автоматы)  самовосстанавливающиеся предохранители.

Электроизмерительные приборы

4520565765810- класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин: силы тока, напряжения, сопротивления и т.д.

Амперметр-  прибор для измерения силы тока. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют.

-1943102070735Вольтметр – это прибор, предназначенный для определения напряжения в электрических цепях. Подключение в цепь нужно производить параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

45300903728085

Гальванометр- это очень чувствительный прибор, предназначенный для измерения напряжения или силы тока весьма малой величины. Гальванометр, также, часто используют для определения отсутствия тока в электрической цепи, в качестве, так называемых, нуль-индикаторов.

-323855661660

Омметр- прибор для измерения электрического сопротивления. Включается последовательно с измеряемым сопротивлением.

47872656899910

Мультиметр- комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр.

Типы электрических цепей.

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

последовательная электрическая цепь;

параллельная электрическая цепь;

последовательно-параллельная электрическая цепь.

Лабораторная работа №8

Наименование работы: Принцип действия электроизмерительных приборов. Электродвигатель.

Цель работы: Изучить устройство и принцип действия приборов разных систем, их погрешности, достоинства, недостатки и область применения; По шкале конкретного прибора определить его основные характеристики и абсолютную погрешность измерения. Оборудование: приборы разных систем или набор шкал от различных приборов.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе

Выполнить задания

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Классификация электроизмерительных приборов.

Основные характеристики изученного электроизмерительного прибора, его принцип действия.

Определение постоянного и переменного тока.

Расчет погрешностей измерений.

Что такое электродвигатель?

Задание:

Получить у преподавателя приборы или шкалы, характеристики которых следует определить. Изучить надписи, имеющиеся на шкалах или корпусах электроизмерительных приборов. Зарисовать шкалу, охарактеризовать прибор.

Определить абсолютную погрешность измерения для данного прибора.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Электроизмерительные приборы

Обозначение принципа действия прибора.

Магнитоэлектрический с подвижной рамкой

118808593345

Электромагнитный

118808527305

Электродинамический

105029024130

Электростатический

105029029210

Термоэлектрический

Индукционная система

Ток пульсирующий

Импульс прямоугольный положительный

Импульс прямоугольный отрицательный

Перепад напряжения

Установка прибораа) вертикальное положение шкалы

б) горизонтальное положение шкалы

в) наклонное положение шкалы

Прочность изоляции прибора (измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2 кВ)

Генераторный зажим

Зажим, соединенный с корпусом

Зажим для заземления

Обозначение тока.

Постоянный

118808545085

Переменный однофазный

119126038100

Постоянный и переменный

118808535560

Постоянный ток- электрический ток, у которого направление и сила тока со временем не меняются. Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Переменный ток- электрический ток, который изменяется по модулю и направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени. Чтобы вызвать в цепи такой ток, используются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, периодически изменяющуюся по величине и направлению. Такие источники называются генераторами переменного тока. 

Основная классификация электроизмерительных приборов

В зависимости от способа, который используется для сравнения измеряемой величины с единицей измерения, электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки (вольтметр) и приборы сравнения, служащие для сравнения измеряемой величины с известными, которые иногда монтируются в прибор (мост для измерения сопротивления).

Электроизмерительные приборы классифицируются по роду измеряемой величины: амперметр, вольтметр и т. д.

Классификация по роду тока: приборы постоянного, переменного, постоянно–переменного тока.

Приборы с непосредственным отсчетом, кроме того, подразделяются

По принципу действия в зависимости от системы: приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической систем; цифровые и т.д.

По степени точности: приборы классов точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 .

Погрешности электроизмерительных приборов.

Абсолютная погрешность. Относительная погрешность.

Погрешность результата одного измерения, обусловленная неточностью отсчета, представляет собой абсолютную погрешность отсчета , и численно равна половине цены деления шкалы прибора:

Точность результата измерения зависит от погрешности, обусловленной неточностью отсчета, и от погрешности, обусловленной неточностью прибора. Абсолютная погрешность результата измерения есть сумма абсолютной погрешности отсчета и абсолютной погрешности прибора :. Абсолютную погрешность прибора можно найти, зная относительную погрешность этого прибора (ее значение в процентах указано на шкале прибора в виде десятичной дроби):

. Поскольку, по мере увеличения значения измеряемой величины относительная погрешность измерения значительно уменьшается, то при измерениях нужно выбирать такие пределы, чтобы значение измеряемой величины находилось во второй половине шкалы прибора.

Класс точности прибора

Приведенная погрешность, выраженная в процентах, называется классом точности прибора:

Класс точности указывается на шкале прибора. В настоящее время электроизмерительным приборам в соответствии со стандартом присвоено

девять классов точности: 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Приборы классов точности от 0,01 до 0,5 включительно называются прецизионными и используются для точных лабораторных исследований. Приборы классов точности от 1,0 до 4,0 включительно –технические; выше 4,0 –внеклассовые.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Электродвигатель – это устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую. В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).

Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей. Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке и т. д. и т. п. Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Простейший электродвигатель: Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

Лабораторная работа №9

Наименование работы: Принцип работы трансформатора. Производство, передача и распределение энергии.

Цель работы: Изучить устройство и работу трансформатора. Изучить способы производства, передачи и распределения энергии.

Подготовка к работе:

1. Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

2. Подготовить бланк отчета.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Что такое трансформатор?

Отчего зависит коэффициент трансформации?

На каком физическом принципе основано действие трансформатора?

В каком случае трансформатор повышает напряжение; понижает его?

Назовите основные виды электростанций.

Что такое ТЭС, ГЭС, АЭС.

Объясните принцип передачи и распределения энергии к потребителю.

Задание 1. Изучить устройство и работу трансформатора.

Оборудование:

1) универсальный или разборный трансформатор;

2) амперметр переменного тока на 5 А;

3) миллиамперметр переменного тока на 100 мА;

4) вольтметр переменного тока на 250 В;

5) вольтметр переменного тока на 12 В;

6) реостат сопротивлением 10 кОм;

7) ключ;

8) соединительные провода.

Ход работы:

Разобрать трансформатор и рассмотреть его устройство.

-189230249555

2.Собрать схему для исследования работы трансформатора. Не замыкая тока во вторичной обмотке, измерить напряжение на ней и определить коэффициент трансформации. Замкнуть цепь вторичной обмотки на реостат в 10 кОм. Постепенно уменьшая величину сопротивления

реостата, записывать показания амперметров и вольтметров. Данные занести в таблицу:

№ п/п

Первичная обмотка

Вторичная обмотка

К. П. Д.

U

I1

I2

U

I1

I2

Чему равно отношение тока во вторичной цепи к току в первичной цепи? Сравните это отношение с коэффициентом трансформации.

45872403810ПРИЛОЖЕНИЕ

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Линии индукции магнитного поля, создаваемого переменным током в первичной обмотке, благодаря наличию сердечника практически без потерь (без рассеяния) пронизывают витки вторичной обмотки.

Тип трансформатора характеризуется коэффициентом трансформации, который равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной:

-при k >1,трансформатор будет понижающим.

- при k < 1, трансформатор будет повышающим.

Современные трансформаторы имеют очень высокие КПД (до 95–99%)».

Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

Производство, передача и распределение энергии.

Важнейшую роль на промышленном предприятии играет электрическая энергия – самый универсальный вид энергии, являющейся основным источником получения механической энергии.

Преобразование энергии различных видов в электрическую происходит на электростанциях.

Электростанциями называются предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электрических станций служат природные богатства – уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия и др.

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения – ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов, дизельные и др.

ТЭС

Тепловая электростанция- электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Принцип работы:

ГЭС

Гидроэлектростанция-  электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

2247901470660

АЭС

Атомная электростанция- электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор.

Передача и распределение энергии к потребителю.

Мощные электрические станции вырабатывают электрическую энергию при переменном напряжении 6-20 кВ и частоте 50 Гц. Эта энергия подается в повышающие трансформаторы и попадает в линии передачи под напряжением сотни киловольт. По линиям передачи энергия распределяется к местам потребления. Здесь ток принимается прежде всего на главную подстанцию, где с помощью трансформаторов напряжение его снижается обычно до 35 кВ. Под этим напряжением ток попадает в провода районной распределительной сети, соединяющей главную понижающую подстанцию со сравнительно близко расположенными местами потребления. В каждом таком месте устанавливаются вторичные понижающие подстанции, т. е. трансформаторы, снижающие напряжение до 3, 6 или 10 кВ. Отсюда по проводам местной распределительной сети ток попадает в многочисленные трансформаторные пункты, находящиеся на отдельных заводах или обслуживающие небольшую группу домов, а иногда и один большой дом. Тут напряжение снижается до 127, 220 или 380 В и под этим низким напряжением энергия подводится в отдельные квартиры, к станкам и т. п. по так называемой внутренней сети. Схема такого распределения тока показана на рисунке:

Лабораторная работа № 10

Наименование работы: Определение разрешающей способности глаза.

Цель работы: Научится определять разрешающую способность глаза; определять опытным путем фокусное расстояние и оптическую силу.

Оборудование: собирающая линза на подставке; точечный источник света; белый экран; измерительная линейка; экран с отверстиями различного диаметра; миллиметровая бумага.

Порядок проведения занятия:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Линзы;

Оптические приборы. Принцип действия;

Глаз как оптическая система;

Свойства глаза, недостатки зрения;

Аккомодация.

Задание 1:

Соберите схему согласно рисунку, где 1- источник света, 2- собирающая линза на подставке, 3 – белый экран.

Получить на экране четкое уменьшенное изображение источника света.

Измерить в метрах расстояние d от источника света до линзы и расстояние f от линзы до экрана.

Построением найти положение главных фокусов линзы и определите фокусное расстояние линзы и ее оптическую силу.

Определите фокусное расстояние F и оптическую силу D линзы по формуле:

Получить на экране увеличенное изображение источника света и выполнить все действия, которые описаны в пунктах 3 – 5

Установить, где необходимо разместить источник света, чтобы на экране было его изображение такого же размера, как и источник. Проверить свой вывод на опыте.

Задание 2: Определение разрешающей способности глаза.

Установите перед правым глазом экран из миллиметровой бумаги и наблюдайте через отверстие диаметром 0,3 мм в экране две точки на листе белой бумаги, находящиеся на расстоянии 1 мм друг от друга. Постепенно удаляясь от листа бумаги, определите максимальное расстояние, на котором две точки еще не сливаются в одну, а видны  раздельно.

Такие же наблюдения выполните, наблюдая эти же точки через отверстия диаметром 0,5; 0,1; 1,5; 2,0 мм. Результаты занести в отчетную таблицу.

Принимая расстояние I между точками, равное 1 мм, за длину дуги окружности, а расстояние R от глаза до листа бумаги - за радиус окружности, вычислите минимальное угловое расстояние между точками при наблюдении через отверстия диаметром 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мм по формуле

Установите значение угла, при котором практически не меняется разрешающая способность при дальнейшем изменении d (диаметра) отверстия в экране. Оцените линейные размеры светочувствительных элементов глаза - колбочек. (Расстояние от роговицы до сетчатки глаза равно 18 мм, 2 точечных источника света регистрируются глазом - как раздельные, если расстояние между их изображениями превышает удвоенный размер колбочки.)

Задание 3:

ПРИЛОЖЕНИЕ

Линзы.

Линза может быть ограничена двумя выпуклыми сферическими поверхностями (двояковыпуклая линза - рис. а), выпуклой сферической поверхностью и плоскостью (плоско-выпуклая линза - рис. б), выпуклой и вогнутой сферическими поверхностями (вогнуто-выпуклая линза - рис. в). Эти линзы посередине толще, чем у краев, и все они называются выпуклыми:

Линзы, которые посередине тоньше, чем у краев, называются вогнутыми. На рисунке изображены три вида вогнутых линз: двояковогнутая -а, плосковогнутая -б, выпукло-вогнутая -в:

Тонкая линза.

Мы будем рассматривать наиболее простой случай, когда толщина линзы l=|AB| пренебрежимо мала по сравнению с радиусами R1 и R2 поверхностей линзы и расстоянием предмета от линзы.

Такую линзу называют тонкой линзой. В дальнейшем, говоря о линзе, будет подразумеваться именно тонкая линза.Точки А и B в тонкой линзе расположены столь близко друг к другу, что их можно принять за одну точку, которую называют оптическим центром линзы и обозначают точкой О. Луч света, проходящий через оптический центр линзы, практически не преломляется.Прямую О1О2, проходящую через центры сферических поверхностей, которые ограничивают линзу, называют ее главной оптической осью. Главная оптическая ось тонкой линзы проходит через оптический центр. Любую другую прямую, проходящую через оптический центр, называют побочной оптической осью.

Отражение и преломление света.

13589015240Если световая волна распространяется в однородной среде без препятствий, то волна распространяется по прямым линиям - лучам. На границе раздела двух однородных сред лучи отражаются и преломляются (рис.1). Отраженный (3) и преломленный (2) лучи находятся в одной плоскости с падающим лучом (1) и перпендикуляром к границе раздела двух сред (). Угол падения равен углу отражения . Угол преломления можно найти из равенства

,

где и - показатели преломления первой и второй среды.

 Глаз как оптическая система.

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г. Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около 5°.

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

,

где  – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

Свойства глаза:

аккомодация (достигается изменением формы хрусталиков);

адаптация (приспособление к различным условиям освещенности);

острота зрения (способность раздельно различать две близкие точки);

поле зрения (пространство, наблюдаемое при движении глаз, но неподвижной голове)

Недостатки зрения

близорукость (коррекция - рассеивающая линза);

дальнозоркость (коррекция - собирающая линза).

Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза.

Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну.

В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.

Оптические приборы. Принцип действия.

Оптические приборы - устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы, работающие в видимом свете. При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристики: способность концентрировать излучение – светосила; способность различать соседние детали изображения – разрешающая сила; соотношение размеров предмета и его изображения – увеличение. Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения – угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета.

Микроскопы.

Если рассматривать через положительную (собирающую) линзу предмет, расположенный за линзой не дальше ее фокальной точки, то видно увеличенное мнимое изображение предмета. Такая линза представляет собой простейший микроскоп и называется лупой или увеличительным стеклом. Из схемы рис. 1 можно определить размер увеличенного изображения. Когда глаз настроен на параллельный пучок света (изображение предмета находится на неопределенно большом расстоянии, а это означает, что предмет расположен в фокальной плоскости линзы), видимое увеличение M можно определить из соотношения (рис. 1):

M = tg /tg = (H/f)/(H/v) = v/f,

где f – фокусное расстояние линзы, v – расстояние наилучшего зрения, т.е. наименьшее расстояние, на котором глаз хорошо видит при нормальной аккомодации. M увеличивается на единицу, когда глаз настраивается так, что мнимое изображение предмета оказывается на расстоянии наилучшего зрения. Способности к аккомодации у всех людей разные, с возрастом они ухудшаются; принято считать 25 см расстоянием наилучшего зрения нормального глаза. В поле зрения одиночной положительной линзы при удалении от ее оси резкость изображения быстро ухудшается из-за поперечных аберраций. Хотя и бывают лупы с увеличением в 20 крат, типичная их кратность от 5 до 10. Увеличение сложного микроскопа, именуемого обычно просто микроскопом, доходит до 2000 крат.

рис.1

Телескопы.

Телескоп увеличивает видимые размеры удаленных предметов. В схему простейшего телескопа входят две положительные линзы (рис. 2). Лучи от удаленного предмета, параллельные оси телескопа (лучи a и c на рис. 2), собираются в заднем фокусе первой линзы (объектива). Вторая линза (окуляр) удалена от фокальной плоскости объектива на свое фокусное расстояние, и лучи a и c выходят из нее вновь параллельно оси системы. Некоторый луч b, исходящий не из тех точек предмета, откуда пришли лучи a и c, падает под углом к оси телескопа, проходит через передний фокус объектива и после него идет параллельно оси системы. Окуляр направляет его в свой задний фокус под углом . Поскольку расстояние от переднего фокуса объектива до глаза наблюдателя пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием до предмета, то из схемы рис. 2 можно получить выражение для видимого увеличения M телескопа:

M = –tg /tg = –F/f ΄ (или F/f).

Отрицательный знак показывает, что изображение перевернуто. В астрономических телескопах оно таким и остается; в телескопах для наблюдений за наземными объектами применяют оборачивающую систему, чтобы рассматривать нормальные, а не перевернутые изображения. В оборачивающую систему могут входить дополнительные линзы или, как в биноклях, призмы.

рис.2

Прожекторы.

В оптической схеме прожектора источник света, например кратер дугового электрического разряда, находится в фокусе параболического отражателя. Лучи, исходящие из всех точек дуги, отражаются параболическим зеркалом почти параллельно друг другу. Пучок лучей немного расходится потому, что источником служит не светящаяся точка, а объем конечного размера.

Диаскоп.

В оптическую схему этого прибора, предназначенного для просмотра диапозитивов и прозрачных цветных кадров, входят две линзовые системы: конденсор и проекционный объектив. Конденсор равномерно освещает прозрачный оригинал, направляя лучи в проекционный объектив, который строит изображение оригинала на экране (рис. 3). В проекционном объективе предусматриваются фокусировка и замена его линз, что позволяет менять расстояние до экрана и размеры изображения на нем. Оптическая схема кинопроектора такая же. рис. 3

Лабораторная работа №11

Наименование работы: Наблюдение интерференции и дифракции света

Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.

Подготовка к работе:

Подготовить бланк отчета.

Ответить на вопросы самопроверки для допуска к работе.

Оборудование: Пластины стеклянные — 2 шт., лоскуты капроновые или батистовые, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой, грампластинка (или осколок грампластинки), лазерный диск, штангенциркуль, лампа с прямой нитью накала, игла.

Порядок проведения работы:

Получить допуск к работе.

Выполнить задания.

Ответить на контрольные вопросы.

Содержание отчета:

Наименование, цель работы, задание;

Выполненное задание с результатами измерений и вычислений;

Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для зачета:

Дайте определение дифракции.

Дайте определение интерференции.

Применение интерференции.

Дайте определение дифракционной решетки.

Что такое «цвета побежалости»?

Изучение интерференции света.

Задание 1. Наблюдение интерференции света на воздушной пленке.

 Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.

Рассматривать пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовались слишком яркие блики от окон или от белых стен).

В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.

Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.

Зарисуйте увиденные вами картинки.

Ответьте на вопросы:

Почему в отдельных местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?

Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение полученных интерференционных полос?

Задание 2. Наблюдение интерференции света на мыльной пленке.

Сделать мыльный раствор.

На проволочном кольце получить мыльную пленку и расположить его вертикально.

В затемненном классе наблюдать на пленке появление светлых и темных полос.

Осветить мыльную пленку светом от лампы или фонаря.

Наблюдать окрашенность светлых полос в спектральные цвета.

Посчитайте число полос одного цвета, которые одновременно наблюдаются на пленке.

Определите, изменяются ли ориентация и форма полос при повороте рамки в вертикальной плоскости.

Зарисуйте увиденные вами картины.

Ответьте на вопросы:

Чем объясняется наличие светлых и темных полос в начале эксперимента?

Почему, при освещении пленки светом появились спектральные цвета?

Почему полосы расширяясь и сохраняя свою форму, стекают вниз?

Задание 3. Наблюдение интерференции света на мыльном пузыре.

Выдуйте мыльный пузырь.

При освещении его белым светом пронаблюдайте образование цветных интерференционных колец.

Ответьте на вопросы:

Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

Почему окраска пузыря все время меняется?

Какую форму имеют радужные полосы?

Задание 4. Цвета побежалости.

Возьмите с помощью пинцета лезвие безопасной бритвы и нагрейте его над пламенем горелки.

Зарисуйте наблюдаемую картину.

Ответьте на вопросы:

Какое явление вы наблюдали?

Как его можно объяснить?

Какие цвета и в каком порядке появлялись на лезвии при его нагревании?

Изучение дифракции света.

Задание 1. Наблюдение дифракции света на узкой щели.

Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0,5 мм.

Приставить щель вплотную к глазу, расположив ее вертикально.

Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры).

Изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм, заметить, как это изменение влияет на дифракционные спектры.

Зарисуйте в тетрадь увиденную картину.

Задание 2. Наблюдение дифракции на капроновой ткани.

Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы.

Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос.

Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест.

Ответьте на вопросы:

Почему получился данный дифракционный крест?

Чем объясняется появление спектральных цветов?

Задание 3. Наблюдение дифракции света на лазерном диске.

Положите горизонтально на уровне глаз компакт-диск. 

Зарисуйте данную картину.

Ответьте на вопросы:

Что наблюдается на диске?

Какие явления вы наблюдали?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Дифракция света – это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами. Для наблюдения дифракции  можно:

-  пропустить свет от источника через  очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия.  Тогда на экране наблюдается  сложная картина  из светлых и темных концентрических колец.

- или  направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться  светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

Дифракционная решетка- это  оптический прибор для измерения длины световой волны.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Если на решетку падает монохроматическая волна, то щели (вторичные источники)  создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладывается  целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы  (кроме центрального) имеют радужную окраску.

d = a + b - период дифракционной решетки

a - ширина щели; b - длина

d = 1/N - постоянная дифракционной решетки.

N - Число штрихов.

φ - угол отклонения световых волн вследствие дифракции

φ = kλ - формула дифракционной решетки.

k - Порядок максимума (0, ±1, ±2, ...)

λ = d×sinφk - длина волны

Интерференция света- пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы интенсивности, а в других - минимумы (интерференционная картина).

Условие максимума: Условие минимума:

Применение интерференции света:

Измерение длин с очень большой точностью; это позволило дать легко воспроизводимое и достаточно точное определение единицы длины - метра, в зависимости от длины волны оранжевой линии криптона. Интерференционные компараторы позволяют сравнивать размеры до 1 метра с точностью до 0,05 мкм; меньшие размеры могут быть измерены с еще большей точностью. Такая высокая точность обусловлена тем, что изменение разности хода на десятую долю длины волны заметно смещает интерференционные полосы.

На явлении интерференции основано действие большого количества оптических приборов под общим названием интерферометры, которые используются для различных измерений. В оптикомеханической промышленности интерферометры используются для контроля качества оптических систем и контроля поверхности отдельных оптических деталей. В металлообрабатывающей промышленности – для контроля чистоты обработки металлических поверхностей. Изучение и контроль полировки зеркальных поверхностей проводится с точностью до сотых долей длины волны.

С использованием явления интерференции проводится определение ряда важнейших величин, характеризующих вещества: коэффициента расширения твердых тел (дилатометры), показателя преломления газообразных, жидких и твердых тел (рефрактометры) и т.п. Интерференционные дилатометры позволяют зафиксировать удлинение образца на 0,02 мкм.

Широко распространены интерференционные спектроскопы, применяемые для исследования спектрального состава излучения различных веществ.

Посредством интерференции поляризованных лучей проводиться определение величин внутренних напряжений в различных деталях (метод фотоупругости).

41205151851660

Первый эксперимент по наблюдению интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны. Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона.

Цвета побежалости.

39395405061585Цвета побежалости - радужная окраска, появляющаяся на чистой поверхности нагретой стали в результате образования на ней тончайшей оксидной плёнки. Толщина плёнки зависит от температуры нагрева стали: плёнки разной толщины по-разному отражают световые лучи, чем и обусловлены те или иные цвета побежалости (см. табл.). На легированных (в состав которых введены другие металлы для придания определённых свойств) сталях те же цвета побежалости появляются при более высоких температурах.

-118110-310515

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Лабораторная работа Цель работы: измерить ускорение шарика, скатывающегося по наклонному желобу.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Правовая культура: понятие, структура, функции, виды

Курсовая работа. Целью этой работы является рассмотрение вопросов, имеющих непосредственное отношение к правовой культуре (понятие, её структура, функции, виды и т.п.) для изучения, осмысления того, что же она собой представляет; на основании чего сделать выводы о состоянии правовой культуры в сложившейся ситуации  в современном обществе, на современном этапе развития страны.

Основные мотивы лирики Лермонтова

Лермонтов – поэт юности. Лермонтов является мотивом одиночества и тоски в стихотворениях. Сочинение.

Звіт про відвідування музею Української Народної Республіки

Історія створення Експозиція музею Круглий стіл присвячений Володимиру Винниченку. 19 листопада 2010 р. Наукова конференція присвячена проголошенню Третього Універсалу Української Центральної Ради “Акти державотворення 1917–1918 років: Пам’ять і документи”. 23 листопада 2010 р.

Разработка направлений совершенствования учета основных средств

Дипломная работа Цель исследования разработка направлений совершенствования учета основных средств ОАО «Интеграл» и повышения эффективности их использования.

Философия ответы

Готовые ответы по философии. Что такое философия. Специфика философского знания. Диалектика и метафизика. Их виды. Философия Сократа и Софистов Философия Платона: онтология, гносеология. Учение Платона о государстве Средневековый мистицизм Философия Фомы Аквинского. Августин Блаженный о сущности мира и человека. Философия всеединства Соловьева. Русский космизм. Экзистенциализм. Основные понятия и подходы.  Иррационализм. Шопенгауэр и Ницше. Учение Будды о четырех благородных истинах.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok