Лабораторные работы по физике реферат

Обновлено: 02.07.2024

Литература 4, с. 171 - 190; 12, с. 103 - 110; 23.

1. Проблему развития мышления школьников нельзя закрывать усвоением умственных действий учениками, поскольку умение ученика теоретически рассуждать об определенной системе действий еще не обеспечивает умения выполнять эти же действия реально. Завершающим этапом в развитии умственных операций учеников является не становление умственного действия, а реализация этого действия в практической деятельности. Поэтому обучение физике предусматривает привлечение школьников к таким видам деятельности, которые позволяют использовать приобретенные знания на практике, в частности, к выполнению школьниками лабораторных работ.

Под лабораторными работами понимают такую организацию учебного физического эксперимента, при которой каждый ученик работает с приборами или установками.

Дидактическая роль лабораторных работ чрезвычайно большая. Восприятия при выполнении лабораторных работ основаны на большем и более разнообразном количестве чувственных впечатлений и становятся более глубокими и более полными сравнительно с восприятиями при наблюдении демонстрационного эксперимента. При выполнении лабораторных работ ученики учатся пользоваться физическими приборами как орудиями экспериментального познания, приобретают навыки практического характера. В некоторых случаях научная трактовка понятия становится возможной лишь после непосредственного ознакомления учеников с явлениями, что требует воссоздания опытов самими учениками, в том числе и во время выполнения лабораторных работ. Выполнение лабораторных работ способствует углублению знаний учеников из определенного раздела физики, приобретению новых знаний, ознакомлению с современной экспериментальной техникой, развитию логического мышления

Лабораторные работы имеют также важное воспитательное значение, поскольку они дисциплинируют учеников, приучают их к самостоятельной работе, прививают навыки лабораторной культуры.

за содержанием - из механики, молекулярной физики, электродинамики, оптики и др.;

за методами выполнения и обработки результатов - наблюдения, качественные опыты, измерительные работы, количественные исследования функциональных зависимостей величин;

за мерой самостоятельности учеников во время выполнения - проверочные, эвристические, творческие;

за дидактической целью - изучения нового, повторение, закрепление, наблюдение и изучение физических явлений, ознакомление с физическими приборами и измерение физических величин, ознакомление со строением и принципом действия физических приборов и технических установок, выявление или проверка количественных закономерностей, определения физических констант;

за местом в учебном процессе - предыдущие, иллюстративные, итоговые;

Последняя классификация самая общая и самая распространенная. Она дает возможность рассматривать эксперимент с точки зрения методов учебы, правильно определять место каждого из его видов в системе учебных занятий из физики, рационально подбирать учебное оборудование.

Фронтальные лабораторные работы - это такие занятия, в которых ученики сами воспроизводят и наблюдают физические явления или проводят измерение физических величин, пользуясь при этом специальным (лабораторным) оборудованием. Слово "фронтальный" означает, что в данном случае все ученики класса проводят одинаковый эксперимент, пользуясь при этом одинаковым оборудованием. Если длительность фронтальных лабораторных работ не превышает 10 -15 минут, то их часто называют фронтальными опытами. Фронтальные лабораторные работы проводятся во время изучения соответствующего материала.

Физическим практикумом называют такую форму проведения лабораторных работ, при которой все звенья или группы звеньев учеников получают разные задания усложненного содержания. Практикум проводится после изучения определенного раздела курса физики или чаще всего в конце учебного года. Его задания охватывают большие темы курса и требуют для своего выполнения сложной физической аппаратуры и экспериментальных установок.

Домашний эксперимент - лабораторные работы, которые выполняются учениками дома по заданию учителя. При этом ученики пользуются предметами домашнего употребления или самостоятельно изготовленными самыми простыми приборами.

Репродуктивный метод выполнения лабораторной работы заключается в том, что в данном случае не предусматривается самостоятельное получение новых знаний, а лишь подтверждаются уже известные факты и истины или иллюстрируются теоретически установленные утверждения.

Выполнение лабораторных работ репродуктивным методом предусматривает проведение актуализации знаний учеников, повторение способа измерения необходимых физических величин, выяснения принципиальной схемы установки. После этого ученикам предлагается собрать схему установки, провести измерение, обработать результаты опыта и сделать соответствующие выводы.

Данный метод выполнения лабораторных работ является самым распространенным в практике обучения физики, но он имеет существенные недостатки: он рассчитан на воспроизводящую деятельность учеников и требует от них действий по образцу.

Частично-поисковый метод заключается в том, что учитель, систематически давая последовательные указания, руководит практическими действиями учеников, а затем своими вопросами направляет их умственную деятельность на анализ полученных из опытов результатов и на формулировку нового, раньше неизвестного им закона или факта. Этот метод позволяет органически включать в изложение нового материала лабораторный эксперимент как источник новых знаний, добытых учеником в результате своих наблюдений на самостоятельно собранной установке.

Частично-поисковым методом целесообразно пользоваться в тех случаях, когда все действия, которые должны выполнить ученики, уже усвоенные или выполняются легко. Данный метод может использоваться в работах, посвященных либо наблюдению явлений, либо установлению функциональных зависимостей между определенными физическими величинами.

При исследовательском методе выполнения ученики получают только задание, а пути его выполнения они отыскивают сами и самостоятельно проводят все этапы исследования - собирают установку, проводят измерение, обрабатывают результаты и тд.

Исследовательский метод в чистом виде может быть использован лишь в индивидуальной работе с сильными учениками. Но элементам этого метода необходимо учить всех учеников. Для этого в канун выполнения лабораторной работы целесообразно предложить ученикам продумать возможные способы непрямого измерения какой-либо величины, самим указать необходимые приборы и способы проведения измерений. Предложения учеников обсуждаются в классе и производится единственный подход к выполнению работы. Вся последующая работа выполняется учениками полностью самостоятельно. Роль учителя заключается лишь в контроле за действиями учеников.

Количественное соотношение между методами выполнения лабораторных работ нельзя определить нормативно, поскольку на их выбор влияет много факторов: соответствие избранного метода цели урока, подготовленность учеников к восприятию материала на определенном уровне, содержание эксперимента. Выбирая метод выполнения лабораторного эксперимента, учитель должен руководствоваться тем, что каждая работа должна обеспечивать выполнение программных требований к экспериментальной подготовке учеников, а именно обучение целесообразно организовывать в зоне ближайшего развития каждого школьника.

4.a) Количество и тематика фронтальных лабораторных работ из каждой темы школьного курса физики определяется учебной программой. При этом предусматривается, что в случае необходимости (отсутствие необходимого оборудования или условий) указанные работы можно заменить равноценными им работами. Для выполнения фронтальных лабораторных работ предусматривается использование специальных (лабораторных) приборов.

Подготовка до выполнения фронтальных лабораторных работ начинается из создания соответствующей материальной базы - подбору необходимых для выполнения работы приборов с таким расчетом, чтобы с одним набором работало 2 ученика. Выполнение фронтальных лабораторных работ проводится "парами", которые формируются таким образом, чтобы обеспечить высокую эффективность работы каждого ученика.

Накануне выполнения фронтальной лабораторной работы учитель сообщает ученикам тему работы и объем материала, который необходимо повторить для ее выполнения.

Занятие начинается из вступительного слова учителя и соответствующего инструктажа относительно выполнения работы (в зависимости от выбранного метода выполнения инструктаж будет носить разный характер и объем рассматриваемых вопросов). Учитель проводит также короткий инструктаж учеников из техники безопасности при выполнении данной работы и делает соответствующие записи в "Журнал инструктажу из техники безопасности", который содержится в кабинете физики.

Ученики записывают в тетрадях дату, номер и тему лабораторной работы, список приборов и материалов, чертят таблицу результатов измерений и вычислений.

Экспериментальную часть задания ученики выполняют самостоятельно под контролем учителя. В случае необходимости учитель оказывает ученикам помощь, обращает их внимание на приемы правильной работы с приборами, отмечает нарушение правил техники безопасности. Учитель фиксирует также качество и самостоятельность выполнения работы каждым учеником.

Результаты работы заносятся в тетрадь, где проводится их обработка и записывается соответствующий вывод (полученное значение ли физической величины).

Оценка за фронтальную лабораторную работу выставляется на основе заметок учителя и проверки отчета ученика. Эта оценка заносится в классный журнал.

4.б) Учебная программа из физики отводит определенное время на выполнение работ физического практикума в 9 - 11 классах. Здесь же наводится и ориентировочный перечень тем работ физического практикума в каждом классе. Учитель, в зависимости от целесообразности и возможностей, выбирает те работы, которые будут предложены ученикам для выполнения. Организационно эти работы могут быть одно- и двухчасовыми. В первом случае работы должны быть проще для выполнения и требовать меньших затрат времени, но их количество будет в два раза более большой. Для выполнения работ практикума используются более сложные приборы (сравнительно с приборами для фронтальных работ), что дает возможность точнее провести измерение и ознакомить учеников с приборами, которые используются для физических исследований.

При выполнении работ физического практикума одновременно выставляются все работы, которые выполняются звеньями учеников согласно специально сложенного графика.

До проведения практикума учитель готовит инструкции, которые содержат: цель работы, метод решения экспериментального задания, перечень необходимых приборов, порядок действий при выполнении эксперимента, таблицу результатов измерений и их обработки, контрольные вопросы.

До выполнения каждой работы ученики готовятся дома, повторяя теоретический материал. На занятиях они проводят экспериментальные исследования, получают и обрабатывают результаты, формулируют выводы и отчитываются перед учителем.

Первому занятию предшествует вступительная беседа, в ходе которой рассматриваются следующие организационные вопросы: проводится инструктаж из техники безопасности; выясняется, как готовиться к работе, что должен делать ученик на занятиях, какие требования ставятся к отчету о работе, как будет организован контроль и оценка работ учеников, знакомятся ученики с графиком выполнения работ.

В процессе выполнения работ учитель следит за качеством подготовки учеников к работе, за правильностью сбора установки и работы с измерительными приборами, за соблюдением учениками правил техники безопасности.

На основе своих наблюдений и поданного учениками отчета учитель выставляет общую оценку за работу в классный журнал. Во многих случаях учителя практикуют такую организацию зачетной работы, когда ученики "защищают" полученные результаты.

4.в) Методика использование домашнего эксперимента во время учебы физики имеет свои особенности. В частности, он должен быть органическим продолжением и дополнением той работы, которая выполнялась учениками в классе. Поэтому часто бывает целесообразным предлагать ученикам домашние экспериментальные задания после выполнения ими фронтальных лабораторных работ. Дифференциация таких заданий создает благоприятные условия для работы каждого ученика на оптимальном для него уровне. Домашние экспериментальные задания должны предусматривать использование бытовых и несложных самодельных приборов, а также материалов, которые есть дома у каждого ученика. Выполнение этих заданий не должно создавать ситуаций, которые могут угрожать жизни и здоровью детей.

Выполнение домашних экспериментальных заданий должно обсуждаться в классе с учениками, проверяться и оцениваться учителем.

5. Широкие возможности при выполнении лабораторного эксперимента из физики дает использование компьютерной техники на разных этапах этой работы. Использование компьютера позволяет графически подать какую-нибудь математическую функция (зависимость между определенными физическими величинами), моделировать физические процессы, сложные физические и технологические установки, рассматривать физические процессы в динамике. Применение аналого-цифровых преобразователей дает возможность использовать компьютер во время выполнения лабораторных работ для измерения физических величин и графической интерпретации протекания физических процессов. Применение электронно-вычислительной техники во время обработки результатов эксперимента позволяет избежать больших затрат учебного времени на выполнение однообразных вычислений и увеличить частицу творческой работы школьников.

Вместе с тем, используя компьютер в лабораторном эксперименте, следует помнить, что моделирование физических процессов на компьютере мало способствует формированию у школьников экспериментаторских умений и навыков. Ведь компьютер лишь моделирует физический эксперимент, а модель никогда не может подать исчерпывающие сведения о явлении. Поэтому использование компьютера в лабораторном эксперименте должно дополнять, но не подменивать его. Ученики должны уметь работать с реальными физическими приборами, собирать экспериментальные установки, пользоваться измерительными приборами. Моделирование же разнообразных ситуаций, например, во время работы "конструкторами электрических цепей" и другими аналогичными компьютерными программами, позволит быстрее познать закономерности тех или других процессов и явлений.

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-23.

Изучение основных правил работы с

Выполнил студент

Наумов Антон Николаевич

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : знакомство с основными характеристиками радиоизмерительных приборов, правилами их подключения к измеряемому объекту, методикой проведения измерений и оценкой их погрешностей.

Задание №1 : Измерение напряжения сигнала генератора.

Приборы : генератор сигнала Г3, вольтметры В3 и В7.

1). Установили на генераторе частоту выходного сигнала f = 5кГц, напряжение U = 2В.

Измерили вольтметром В3 выходное напряжение U x =2В.

U=U x   U=(2  0,4) B.

2). Измерили вольтметром В7 выходное напряжение U x =2,01В.

U=U x   U=(2,01  0,01) B.

Задание №2 : Анализ формы и измерение параметров синусоидального сигнала с помощью осциллографа.

Приборы : генератор сигнала Г3, вольтметры В3 и В7, осциллограф С1.

1). Установили на генераторе Г3 напряжение U = 2В.

Измерили вольтметром В3 выходное напряжение U x =2В; на вольтметре В7: U x =2В.

Получили на экране осциллографа изображение:

АО=1,4 см, Х = 4 см.

Измерим амплитуду сигнала:

Показания осциллографа совпадают с показаниями вольтметров.

2). Измерили период (Т) и частоту сигнала (f):

Показания осциллографа совпадают со значением на шкале генератора.

Задание №3 : Измерение частоты с помощью частотомера и осциллографа.

Приборы : генератор сигнала Г3, вольтметры В3 и В7, осциллограф С1, частотомер Ф.

1). Измерили частоту сигнала частотомером:

Показания генератора: f x = 5кГц.

2). Рассчитаем частоту сигнала по показаниям осциллографа:

Показания всех приборов совпадают.

Задание №4 : Измерение фаз двух синусоидальных сигналов с помощью осциллографа.

Приборы : генератор сигнала Г3, осциллограф С1, схема RC.

OA = 1,9 см, ОВ = 1,7 см.

Т.к. , а  - разность фаз синусоидальных

Задание №5 : Анализ формы и измерение параметров импульсного сигнала с помощью осциллографа.

Приборы : генератор сигнала Г5, осциллограф С1.

1).Установим длительность импульсов  = 500 мкс, частоту повторений f П =490Гц, амплитуду U m =1,32B

2).Получили на экране следующее изображение:

Вычислим амплитуду импульсов:

Полученный результат совпадает с показаниями вольтметра генератора.

Измерим длительность импульсов:

Измерим период и частоту повторений импульсов:

Полученные результаты приблизительно совпадают с показаниями генератора.

Вывод: на этой работе мы ознакомились с основными характеристиками радиоизмерительных приборов, правилами их подключения к измеряемому объекту, методикой проведения измерений и оценкой их погрешностей.

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-24.

Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны

Выполнил студент

Наумов Антон Николаевич

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : изучение метода моделирования электростатических полей в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы.

Электростатическое поле - поле, создаваемое покоящимися электрическими зарядами.

Характеристиками этого поля являются напряженность и потенциал  , которые связаны между собой следующим соотношением: .

В декартовой системе координат: , где единичные орты.

Удобной моделью электрического поля является его изображение в виде силовых и эквипотенциальных линий.

Силовая линия - линия, в любой точке которой направление касательной совпадает с направлением вектора напряженности

Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала.

На практике электростатические поля в свободном пространстве создаются заданием на проводниках - электродах электрических потенциалов.

Потенциал в пространстве между проводниками удовлетворяет уравнению Лапласа:.

В декартовой системе координат оператор Лапласа: .

Решение уравнения Лапласа с граничными условиями на проводниках единственно и дает полную информацию о структуре поля.

Схема экспериментальной установки.

В эксперименте используются следующие приборы: генератор сигналов Г3 (I), вольтметр универсальный B7 (2) c зондом (3), электролитическая ванна (4) с набором электродов различной формы (5).

Устанавливаем в ванну с дистилированной водой электроды. Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель П в положение “U”. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=5 кГц и напряжением U=5 В, затем ставим переключатель П в положение “S”. Далее, помещаем в ванну электроды различной формы ( в зависимости от задания ) и затем, водя по ванне зондом, определяем 4 - эквипотенциальные линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так далее для каждого задания.

Задание №1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора.

Таблица 1. Зависимость потенциала  от расстояния.

Таблица 2. Эквипотенциальные линии.

Обработка результатов измерений.

1). График зависимости .

3). Погрешность измерения Е:

Е = (Е   Е) = (25  0,15)

4). Силовые и эквипотенциальные линии электростатического поля плоского конденсатора

Задание №2 . Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора.

Радиусы цилиндров A =3,5 см, В=8,8см

Таблица 3. Зависимость

Таблица 4. Эквипотенциальные линии.

1). График зависимости  r)

2). График зависимости  ln r)

3). График зависимости E = E (r).

4). График зависимости E = E (1/r).

5). Эквипотенциальные линии.

6). Расчет линейной плотности  на электроде.

r 1 = 5см, r 2 = 8см, l = 0,1м

Задание №3. Исследование электростатического поля вокруг проводников.

1). Потенциал на электродах: пластинке и втулке постоянен, то есть они являются эквипотенциальными поверхностями. Внутри полости потенциал также постоянен.

2). Распределение потенциала вдоль линии, охватывающей пластинку и расположенной на расстоянии

L = 3 мм от её края.

3). Эквипотенциальные линии.

4). Определение средней напряженности поля в нескольких точках вдоль силовой линии.

Вывод . В ходе работы получены картины силовых и эквипотенциальных линий плоском и цилиндрическом конденсаторах, а также вокруг проводника, помещенного в электростатическое поле. Установлено, что проводники и полости внутри них в электростатическом поле являются эквипотенциальными поверхностями.

В плоском конденсаторе поле сосредоточено между пластинами, оно является однородным, а потенциал изменяется линейно.

В цилиндрическом конденсаторе поле также сосредоточено между пластинами, его напряженность обратно пропорциональна расстоянию от оси конденсатора до точки измерения. Потенциал изменяется логарифмически.

Поток вектора напряженности поля через коаксиальные с электродами цилиндрические поверхности постоянен, что совпадает с теоретическими предположениями (теорема Гаусса).

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике № 2-26.

Исследования магнитных полей в веществе .

Выполнил студент

Наумов Антон Николаевич

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : получение зависимостей индукции магнитного поля, намагниченности и магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля; наблюдение петли гистерезиса для различных ферромагнетиков; изучение магнитных цепей.

Практическая ценность работы : экспериментально изучаются важнейшие свойства ферромагнетиков наличных марок: НМ 3000, НМ 600, ППГ (прямоугольная петля гистерезиса).

Опыт 1. Снятие основной кривой намагничивания (ОКН) ферромагнетика.

Схема экспериментальной установки.

Cобрали цепь по схеме, показанной на РИС. 1. Для этого вольтметры V1 и V2 подключили к клеммам A-B и С-D - на верхней крышке макета соответственно. Переключатель К поставили в позицию 1. При этом исследовали трансформатор, кольцевой сердечник которого выполнен из ферита марки НМ 600, сопротивление R0=1 Ом. Таким образом, показания вольтметров численно равны: V1 - эффективному значению тока, текущего в текущей обмотке исследуемого трансформатора; V2 - эффективному значению ЭДС во вторичной обмотке. С помощью движка потенциометра R установили ток равный 0,5 А и плавно уменьшили его до нуля. Сняли показания вольтметров V1 и V2.

Данные для расчетов:

Таблица № 1. Результаты расчетов.

Опыт 2. Наблюдение петли гистерезиса.

Для изготовления постоянного магнита лучше использовать ППГ, так как его коэрцитивная сила больше, чем у НМ-3000, а поэтому его сложней размагнитить.

Для изготовления сердечника силового трансформатора лучше взять ферромагнетик с меньшей коэрцитивной силой, чтобы снизить затраты на его перемагничивание.

Опыт 3 . Исследование сердечника с зазором .

График зависимости В=В(Н) График зависимости  =  (Н)

График зависимости J=J(H)

Вывод: на этой работе мы получили зависимости индукции магнитного поля, намагниченности и магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля; наблюдали за петлей гистерезиса для различных ферромагнетиков; изучили магнитные цепи.

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-27.

Исследование электрических колебаний .

Выполнил студент

Наумов Антон Николаевич

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : экспериментальное исследование собственных и вынужденных колебаний тока и напряжения на элементах в колебательном контуре; измерение параметров контура: индуктивности L, сопротивления R, добротности Q; исследование прохождения синусоидального тока через LCR -цепь.

Уравнение, которому удовлетворяет ток I в колебательном контуре (рис.1) с подключенным к нему генератором синусоидальной ЭДС  =  0  cos  t имеет вид: (1)

- собственная круговая частота, R - сопротивление резистора, L - индуктивность катушки, С - емкость конденсатора, ;  0 ,  - амплитуда и круговая частота синусоидальной ЭДС.

Общее решение неоднородного линейного уравнения (1):

где: - круговая частота собственных затухающих колебаний тока.

и - начальные амплитуда и фаза собственных колебаний.

I 0 - амплитуда вынужденных колебаний тока.

 - разность фаз между ЭДС и током.

- индуктивное сопротивление, - емкостное сопротивление.

Если  2  0 2 , то есть R  , то  - действительная и собственная частота колебаний представляет собой квазипериодический процесс с круговой частотой  , , периодом , и затухающей амплитудой (рис 1).

За характерное время (  - время релаксации) амплитуда тока уменьшается в е раз, то есть эти колебания практически затухают.

Если  2  0 2 , то  - мнимая частота, и колебания представляют собой апериодический процесс.

Вынужденные колебания : c течением времени первый член в формуле (2) обращается в ноль и остается только второй, описывающий вынужденные колебания тока в контуре.

- амплитуда вынужденных колебаний напряжения на резисторе R.

При совпадении частоты ЭДС с собственной частотой контура (  0 ), амплитуды колебаний тока и напряжения U R0 на резисторе максимальны. Большой селективный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие называется резонансом .

Задание 1. Исследование зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты (резонансная кривая).

Исходные данные:U вых =200 мВ,  ЭФ =200 мВ. f  [180;300] кГц.

Расчеты необходимых величин:

f 0 = 220 кГц - частота резонанса.

Строим график зависимости

,где  1 и  2 - значения частот на уровне

Из экспериментального графика видно, что он по своей форме совпадает с графиком, полученным теоретически из формулы:

Исследование зависимости разности фаз между ЭДС и током в контуре.

Из экспериментального графика  =F( f ) получаем: f 0 =218 кГц.

Сравнивая полученные результаты с результатами из предыдущего опыта видно, что различие в величинах  0 и L незначительны.

Можно сделать вывод, что при резонансной частоте X L  X C и величина импеданса цепи минимальна.

Задание 2. Исследование собственных электрических колебаний.

На данном рисунке представлена форма затухающих колебаний напряжения U C на конденсаторе, полученная с помощью осциллографа. Изображение совпадает с теоретическим графиком.

Из графика: Т=2  2,4  10 -6 с - период колебаний.

 =2  3,8  10 -6 с - время релаксации.

Задание 3. Исследование прохождения синусоидального тока через LCR - цепь

Построим график U 0 ВЫХ =F( f ). Резонансная частота из графика равна: f 0 =220 кГц.

При этом импеданс цепи является бесконечно большим и ток в цепи не протекает.

1) Погрешность f 0 : f определяли на частотомере

2) Погрешность L:

3) Погрешность Q:

4) Погрешность R:

5) Погрешность X L :

6) Погрешность X C :

Вывод: на этой работе мы экспериментально исследовали собственные и вынужденные колебания тока и напряжения на элементах в колебательном контуре; измерили параметры контура: индуктивности L, сопротивления R, добротности Q; исследовали прохождение синусоидального тока через LCR -цепь.

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-28.

Экспериментальные исследования электромагнитной индукции.

Выполнил студент

Наумов Антон Николаевич

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : экспериментальное исследование зависимости ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле, измерение взаимной индуктивности двух индуктивно связанных катушек, индуктивности одной из них, исследование зависимости поля от времени в RL -цепи при переходных процессах.

Схема экспериментальной установки.

Опыт 1. Исследование электромагнитной индукции, взаимоиндукции, самоиндукции.

f=200 Гц, U=8 В - на генераторе, U v1 = 8 В - эффективное.

(угол между катушками)=0  .

Снимаем значения с L 1 и L 2 :

U (L 1 )=0,19 В, U (L 2 )=0,04 В, на осциллографе получаем:

Развертка 2 мс/см.

Опыт 2. Исследование зависимости ЭДС индукции (взаимоиндукции) от частоты (скорости) изменения магнитного поля.

F  [200, 2000] Гц;  f=200 Гц; U эффект =8 В.

Опыт 3. Исследование зависимости ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле.

f=2000 Гц;  [0  ;180  ];  = 15  ;

Опыт 4. Исследование зависимости ЭДС самоиндукции от частоты синусоидального сигнала.

f[500;2000] Гц;  f=250 Гц, R 1 =16000 Ом.

Опыт 5. Исследование переходных процессов в LR - цепи.

 U =1 мс, f=100 Гц, U 0 =3 B.

Вывод: Экспериментально исследовали зависимость ЭДС индукции от ориентации контура в магнитном поле, измерили взаимную индуктивность двух индуктивно связанных катушек и нашли индуктивность одной из них. Исследовали зависимость тока от времени в LR- цепи при переходных процессах.

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-30.

Экспериментальные исследования диэлектрических

Выполнил студент

Наумов Антон Николаевич

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : определение диэлектрической проницаемости и поляризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрических свойств полей, в них исследование линейности и дисперсии диэлектрических свойств материалов.

Схема экспериментальной установки.

В эксперименте используются следующие приборы: два вольтметра PV1 (стрелочный) и PV2 (цифровой), генератор сигналов низкочастотный, макет-схема, на которой установлен резистор R=120 Ом, конденсатор, состоящий из набора пластин различных диэлектриков (толщиной d=2 мм).

Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель SA в положение 1. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=60 кГц и напряжением U=5 В, затем по вольтметру PV1 установить напряжение U1=5 В. Далее, вращая подвижную пластину, измеряем напряжение U2 для конденсатора без диэлектрика и 4-x конденсаторов с диэлектриками одинаковой толщины. При этом напряжение U1 поддерживаем постоянным.

Напряженность поля между пластинами в вакууме Е 0 вычисляется по формуле: где При внесении пластины в это поле диэлектрик поляризуется и на его поверхности появляются связанные заряды с поверхностной плотностью . Эти заряды создают в диэлектрике поле , направленное против внешнего поля , и имеет величину: . Результирующее поле: . В электрическом поле вектор поляризации:, где  - диэлектрическая восприимчивость вещества. Связь модуля вектора поляризации с плотностью связанных зарядов: . относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Вектор электрической индукции . Этот вектор определяется только свободными зарядами и вычисляется как . В рассматриваемой задаче на поверхности диэлектрика их нет. Вектор D связан с вектором Е следующим соотношением .

В данной работе используются формулы: , где S - площадь пластины конденсатора, d - расстояние между ними. Диэлектрическая проницаемость материала: . Для емкости конденсатора имеем: , где U 1 - напряжение на RC цепи, U 2 - напряжение на сопротивлении R, f - частота переменного сигнала. В плоском конденсаторе напряженность связана с напряжением U 1 как:

Опыт №1. Измерение диэлектрической проницаемости и характеристик поляризации материалов.

Лабораторная работа по физике является важной составляющей всего комплекса обучения, который включает теорию, решение задач. Подобные задания позволяют студентам проверить на практике действие различных законов и получить полное представление об универсальных методах исследования в физике.

Лабораторные работы по физике

Частью процесса обучения физике студентов технических специальностей является лабораторный практикум. Обычно он выполняется после изучения соответствующего теоретического раздела.

Главная цель, которая ставится перед лабораторными, — познакомить учащихся с приборами и физическими явлениями , помочь им овладеть всеми методами измерений , научиться проводить эксперименты и делать самостоятельные выводы . Требуется не только получить результаты, но и проанализировать их, провести математическую обработку.

Лабораторные работы служат для постоянного повторения и углубления, а также расширения и обобщения знаний из разных тем курса .

Цель данной лабораторной работы – проверить закон радиоактивного распада с помощью эксперимента. В процессе выполнения требуется знать не только теорию, но и пользоваться специальным оборудованием. Затем следует ответить на ряд вопросов . По итогам студент должен знать:

виды радиоактивного излучения;

общую характеристику элементарных частиц.

Важно уметь классифицировать элементарные частицы и решать задачи, используя квантовые постулаты.

Ф изический практикум служит для определения влажности воздуха . Опыт ставится с использованием жидкости, которая по свойствам занимает промежуточное положение между газом и твердым телом. Это обусловлено близким расстоянием между связанными молекулами, что и должны проверить студенты.

По результатам эксперимента важно научиться:

использовать различные средства для наглядности, в числе которых чертежи и схемы;

действовать согласно алгоритму и указаниям;

распознавать параллельные и последовательные соединения;

хорошо ориентироваться в электрической цепи;

знать природу внешних сил поверхностного натяжения и единицы его измерения, зависимость от температуры, необходимые формулы.

В процессе учебы студенты проводят и лабораторные с маятниками Максвелла и Обербека. Первая позволяет познакомиться с основными понятиями кинематики, динамики поступательного и вращательного движения, баллистической траектории. За счет эксперимента определяется свободное ускорение и момент инерции маятника. Сам практикум предполагает пользование специальным оборудованием.

Маятник Обербека служит для определения момента инерции нескольких грузов и силы трения. Предварительно нужно ознакомиться с теорией. Чтобы все сделать грамотно, можно посмотреть и скачать бесплатно уже готовый пример с методическими рекомендациями.

Лабораторная работа проводится для ознакомления с интерференцией света в тонких пленках, а также учит определять радиус кривизны поверхности линзы. Для выполнения эксперимента используется специальная оптическая система, микроскоп и набор светофильтров.

По итогам студент должен знать, что такое кольца Ньютона и как они получаются, определять погрешности и выявлять, от чего они зависят. Также важно грамотно составить необходимые чертежи и схемы в процессе выполнения. Образец с уже заполненными данными вы можете посмотреть здесь.

Одним из видов практикумов, выполняемых студентами во время учебы, является определение емкости конденсатора . Это знакомит их с законом электростатики. Результаты измерения просчитываются с помощью формул и заносятся в специальную форму в виде таблицы.

После выполнения, студенты должны знать “что такое конденсатор”, уметь объяснять по схеме цепи назначение приборов, а также:

понимать принцип определения емкости;

применять формулы для расчета погрешностей;

знать единицы измерения емкости;

уметь строить схему соединения конденсаторов.

В общем виде работа выглядит так, как представлено в этом образце.

Цель проведения такого практикума заключается в экспериментальном анализе электростатического поля, которое образуется вокруг зарядов . Также студент должен графически изобразить его между двумя проводниками, в том числе силовые линии и колебания магнитного поля, определить среднее значение напряженности в конкретных затухающих точках и резонанс . При выполнении необходимо пользоваться таким оборудованием, как вольтметр, осциллограф , реостат, источник тока, микровеберметр с измерительной катушкой индуктивности .

По результатам учащийся может хорошо разобраться в терминах и определениях, единицах измерения, связях между физическими понятиями. Готовый пример можно посмотреть ниже.

В процессе выполнения данной лабораторной необходимо опытным путем обнаружить выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело , а также определить выталкивающую силу. Опыт проводится с обычной и соленой водой , в результате которого нужно сделать выводы:

относительно этих двух разных жидкостей;

рассчитать выталкивающую силу;

занести все данные в таблицу.

Пример оформления лабораторных работ по физике для различных вузов

Однако вышеописанные лабораторные работы являются лишь небольшой частью всего учебного процесса. Студенты МГУ, МАДИ, МЭИ выполняют множество других практических заданий по физике. Ознакомиться с ними, а также с исследованиями учащихся из других вузов, можно ниже.

Лабораторная работа необходима для того, чтобы выполнить свою главную миссию, то есть провести экспериментальное подтверждение теоретических законов и зависимостей. Лабораторно-практические работы как метод обучения во многом носят исследовательский характер, и в этом смысле высоко оцениваются в дидактике. Они пробуждают глубокий интерес к окружающей природе, стремление осмыслить, изучить окружающие явления, применять добытые знания к решению и практических, и теоретических проблем. Лабораторно-практические работы способствуют углублению знаний учеников из определенного раздела физики, ознакомлению с научными основами современного производства, выработке навыков обращения с приборами и инструментами, создавая предпосылки для технического обучения. Лабораторные работы имеют также важное воспитательное значение, поскольку они дисциплинируют учеников, приучают их к самостоятельной работе, прививают навыки лабораторной культуры.

Учитель должен быть для ученика не столько наставником, сколько партнером, помогающим в реализации целей его деятельности, в организации эксперимента, в создании условий для проявления активности и творчества.

Оснащение кабинета физики.

Чтобы эффективно использовать лабораторное оборудование, учитель физики должен иметь наглядное представление об оснащении своего кабинета. Здесь важную роль играет систематизация имеющегося оборудования. Анализ оборудования, группировка по определенным темам, создание единой системы являются необходимыми условиями успешной учебной деятельности. Систематизация важна, во-первых, для дальнейшего развития кабинета. Во-вторых, она обеспечивает возможность оперативно находить все нужные приборы и материалы. Таким образом, систематизация является необходимой предпосылкой целенаправленных научных исследований при обучении физике.

· Инструкция по охране труда при работе в кабинете физики ИОТ – 007-2004.

· Журнал по технике безопасности.

Фамилия, имя инструктируемого

Фамилия, имя, отчество проводившего инструктаж, его должность

Лабораторная работа № 3

· Перечень демонстраций на каждом уроке и необходимое для них оборудование.

Калориметр, термометр, сосуд с холодной водой, горячая вода, бумажная салфетка.

· График лабораторных работ по параллелям.

7 класс. I полугодие

Тема лабораторной работы

Лабораторная работа №1: Определение цены деления измерительного прибора.

Лабораторная работа №2: Измерение средней скорости неравномерного движения.

Лабораторная работа №3: Измерение массы тела.

Лабораторная работа №4: Определение плотности вещества.

Лабораторная работа №5: Изучение зависимости силы упругости от величины деформации.

· Перечень лабораторных работ и обеспечение к ним по параллелям.

Тема лабораторной работы

Наблюдение действия магнитного поля на ток.

Проволочный моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, дугообразный магнит.

Классификация фронтальных лабораторных работ.

Лабораторные работы классифицируются по следующим признакам:

- по содержанию - из механики, молекулярной физики, электродинамики, оптики и др.;

- по методу выполнения и обработки результатов - наблюдения, качественные опыты, измерительные работы, количественные исследования функциональных зависимостей величин;

- по мере самостоятельности учеников во время выполнения - проверочные, эвристические, творческие;

- по дидактической цели - изучение нового, повторение, закрепление, наблюдение и изучение физических явлений, ознакомление с физическими приборами и измерение физических величин, ознакомление со строением и принципом действия физических приборов и технических установок, выявление или проверка количественных закономерностей, определения физических констант;

- по месту в учебном процессе - предыдущие, иллюстративные, итоговые;

- по организационному признаку - фронтальные лабораторные работы, физические практикумы, домашний эксперимент.

Последняя классификация самая общая и самая распространенная. Она дает возможность рассматривать эксперимент с точки зрения методов учебы, правильно определять место каждого из его видов в системе учебных занятий по физике, рационально подбирать учебное оборудование.

Физическим практикумом называют такую форму проведения лабораторных работ, при которой все звенья или группы звеньев учеников получают разные задания усложненного содержания. Практикум проводится после изучения определенного раздела курса физики или чаще всего в конце учебного года. Его задания охватывают большие темы курса и требуют для своего выполнения сложной физической аппаратуры и экспериментальных установок.

Домашний эксперимент - лабораторные работы, которые выполняются учениками дома по заданию учителя. При этом ученики пользуются предметами домашнего употребления или самостоятельно изготовленными самыми простыми приборами.

Методика проведения лабораторно-практической работы.

Метод фронтальных лабораторных работ на практике реализуется через различные методические приемы, которые по характеру деятельности учителя и учащихся разделяют на репродуктивные, иллюстративные, частично поисковые, или эвристические.

1. Репродуктивный прием предусматривает воспроизводящую деятельность учащихся по образцу действий учителя, которому принадлежит основная роль. Он организует и направляет всю работу учащихся: проводит подготовку оборудования, объясняет и показывает способ выполнения работы, дает четкие и ясные задания и пояснения, своевременно оказывает помощь слабым учащимся, обобщает полученные результаты работы, контролирует и оценивает их знания и умения. Репродуктивный прием выполнения лабораторных работ особенно эффективен при отработке экспериментальных умений, так как их формирование требует многократных действий по образцу.

2. Иллюстративный прием выполнения лабораторных работ – это такой прием, когда работа сопровождает объяснение учителя, иллюстрирует его. При этом приеме значительную роль играет воспроизводящая деятельность учащихся. Деятельность учителя же сводится к устному руководству выполнения работ, показу отдельных образцов действий учащихся. Иллюстративным приемом часто выполняют такие работы, на которых отдельные элементы фронтального оборудования применяются в качестве раздаточного материала. В данном случае лабораторный эксперимент не является источником новых знаний для учащихся, а служит иллюстрацией к уже известным явлениям и закономерностям. Выполнение работ по подробным инструкциям приводит к формированию знаний и экспериментальных умений на уровне воспроизведения.

3. Частично-поисковый (эвристический) прием выполнения лабораторных работ характеризуется более активной познавательной деятельностью учащихся, когда им дается только тема работы и план ее выполнения, а результат ее не известен: они должны получить его самостоятельно. При этом учитель руководит практическими действиями учащихся, направляет их мыслительную деятельность на анализ полученных из опыта результатов и на формирование нового, ранее неизвестного знания. Эвристическим приемом можно выполнять лабораторные работы лишь в тех случаях, когда у учащихся уже сформированы необходимые экспериментальные умения. Например, при выполнении лабораторных работ по электричеству учащиеся должны уметь собирать электрические цепи, обращаться с измерительными приборами.

В тех случаях, когда нужно охватить исследованием возможно больший объем материала в сравнительно короткое время, лабораторные работы можно проводить в форме дифференцированных заданий. При этом класс делят на две или три группы (например, по рядам столов в классе) и каждая группа выполняет только одно задание. По окончании работы поочередно обсуждают результаты, полученные каждой из групп, подводят общий итог. Успех выполнения лабораторных работ по описываемой методике зависит от двух обстоятельств:

- учащиеся должны хорошо знать тот теоретический материал, который будет использоваться при выполнении данной лабораторной работы;

- владеть необходимыми экспериментальными умениями и навыками.

Поэтому перед выполнением лабораторных работ исследовательским приемом следует проверить (если нужно, восстановить) знание теории и сформированность необходимых экспериментальных умений.

Не один из рассмотренных приемов выполнения лабораторных работ нельзя считать универсальным, пригодным для решения любых дидактических задач. Каждый прием имеет свои специфические особенности и приводит к положительным результатам в определенных условиях и решении тех или иных учебно-воспитательных задач.

Планирование лабораторных работ.

Состав и содержание лабораторных работ должно соответствовать требованиям Государственных образовательных стандартов.

Состав заданий для лабораторной работы должен быть спланирован с расчетом, чтобы за отведенное время они могли быть качественно выполнены большинством учащихся. Поэтому при выборе содержания и объема лабораторных работ следует исходить из сложности учебного материала.

При планировании лабораторной работы теоретические знания играют не последнюю роль. Ведь если нет представления о том, для каких целей выполняется данная работа, какое оборудование будет использоваться, то вряд ли получится сделать её правильно. Учителю необходимо создать базу тематических контрольных вопросов для подготовки учащихся к выполнению данной работы. Задания по подготовке к лабораторным работам могут содержать:

· аналитические вопросы, организующие мотивацию и целеполагание, процесс постановки осознанных исследовательских целей своей работы, осмысление и принятие плана по достижению своих целей,

· текст расчетных задач, содержащих теоретические вопросы, дающие учащимся возможность формировать способности к рефлексии результатов своей деятельности.

1. продолжите предложения

Сила упругости – это…

2. Запишите формулы

Второго закона Ньютона…

3. Выполните перевод величин

1 кН =__________ Н

25000 Н =__________ кН

Кроме самостоятельной работы учащихся, необходим и инструктаж учителя, а также совместное обсуждение выполняемой работы.

Для каждой лабораторной работы необходимым условием является составление отчета. Составление отчетов имеет важное значение для формирования у учащихся обобщенных умений по описанию физического эксперимента, проверки выполнения лабораторных работ и оценки знаний и умений учащихся.

Форма и содержание отчета зависит от вида лабораторной работы. Поэтому учителю необходимо показать на примерах, как надо составлять отчеты о различных видах лабораторных работ, чтобы рационализировать записи и оставить больше времени на выполнение эксперимента.

При измерении физических величин, выяснении функциональных зависимостей между величинами, изучении законов в отчете в большинстве случаев достаточно иметь:

· название лабораторной работы;

· перечень основного оборудования (измерительных и других приборов);

· краткое описание способа измерения и измерительной установки, сопровождаемое схематическим чертежом, рисунком, схемой и расчетными формулами;

· запись результатов измерений, вычислений и вывод.

При описании способа измерения целесообразно выделять вид измерения, средства измерения, явления и процессы, происходящие в измерительной установке, исходные закономерности, на основе которых выводится расчетная формула.

Результаты измерений и вычислений целесообразно записывать в виде таблиц, форму которых полезно предварительно обсудить с учащимися. Это особенно полезно делать на начальном этапе обучения учащихся составлению отчета. Кроме табличной, часто бывает полезна свободная форма записи результатов измерений.

В некоторых работах результаты измерений представляют в виде графика. Графики вычерчивают в прямоугольной системе координат на клетчатой бумаге с помощью чертежных инструментов. На осях координат указывают условные обозначения отложенных величин и их размерности. Нанесенные координатные точки соединяют между собой не ломанной линией, а плавной кривой, которая должна проходить в границах погрешностей отдельных измерений.

Для работ качественного характера (наблюдение и изучение физических явлений) отчет упрощается. В нем остается:

· перечень основного оборудования;

· краткое описание установки и хода наблюдения изучаемого явления, сопровождаемое рисунком или схемой;

· запись результата наблюдения и вывод.

В последнем пункте отчета должны быть отражены условия протекания явления и его характерные признаки.

Для эффективного использования времени, отводимого на лабораторные работы, можно создать банк дополнительных экспериментальных задач и заданий для учащихся, работающих в более быстром темпе.

Тема лабораторной работы

Дополнительное экспериментальное задание

Лабораторная работа № 9: Выяснение условий равновесия рычага.

На столе собрана установка. Имеется масштабная линейка. Какие величины сил покажет динамометр, если груз массой 500 г подвешивать в точках A , B , C . Ответы проверить опытом, открыв шкалу.

Лабораторная работа № 1: Наблюдение действия магнитного поля на ток.

Изготовить простейший электромагнит, намотав на железный гвоздь 70-100 витков тонкого изолированного провода. Собрав цепь (см. рис.), определить магнитные полюса у электромагнита. Ответ проверить магнитной стрелкой. Показать, как изменить полюса у этого электромагнита.

В настоящее время существуют все предпосылки для создания новой системы школьного физического эксперимента, базирующегося на использовании современных, в том числе и информационно-коммуникационных технологий.

Читайте также: