Лабораторная по физики в excel

                                            Лабораторная
работа №2

 Сравнение работы
силы упругости с изменением кинетической энергии тела

Цель работы: экспериментальная проверка теоремы о
кинетической энергии.

Оборудование: 

1) штативы для фронтальных работ — 2 шт2)
динамометр учебный; 3) шар; 4) нитки; 

5) линейка измерительная
30 см с миллиметровыми делениями; 6) весы учебные со штативом; 7)
гири Г4-210

                                          
Содержание и метод выполнения работы

Теорема о кинетической энергии утверждает, что
работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии
тела:

Для экспериментальной проверки этого утверждения
можно вос­пользоваться установкой, изображенной на рисунке 1.

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К
его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. Па дру­гом штативе на такой
же высоте, как и динамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки,
штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы
на шар действовала сила упругости F_ynp со стороны
пружины ди­намометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар
приобретает скорость 

, его кинетическая
энергия изменяется от 0 до ..

Для определения модуля скорости v шара,
приобретенной под действием силы упругости F_упр, можно измерить
дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н:

, .

Отсюда модуль скорости v равен: 

, а изменение
кинетической энергии равно .

Сила упругости во время действия на шар по
закону Гука изменяется линейно от 

 до F_ynp2=0,
среднее значение силы упругости равно .

Измерив деформацию пружины динамометра x, можно
вы­числить работу силы упругости: 

.

Задача настоящей работы состоит в проверке
равенства

, т.е. .

Порядок выполнения работы

1. Укрепите на штативах динамометр и лапку для
шара на одинаковой высоте Н = 40 см от поверхности стола. Зацепите за крючок
динамометра нить с привязанным шаром.

2. Удерживая шар на лапке, отодвигайте штатив до
тех пор, пока показание динамометра станет равным 2 Н. Отпустите шар с лапки и
заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2—3 раза и определите
среднее значение дальности полета S шара. 

3. Измерьте массу шара с помощью весов и
вычислите изме­нение кинетической энергии шара под действием силы упругости:

4. Измерьте деформацию пружины динамометра х при
силе
упругости 2 Н. Вычислите работу А силы
упругости:

5. Оцените границы погрешности определения
значении из­менения кинетической энергии 

 и
работы А силы упругости.

Динамометр имеет погрешность 

= 0,05H, погрешность=0,02 кг, =0,02. Относительная
погрешность изменения кинетической энергии

Абсолютная погрешность изменения кинетической
энергии

6. Сравните полученные значения работы А силы
упругости и изменения кинетической энергии 

Е_к шара.
Сделайте вывод.

Лабораторная
работа №3

Наблюдение роста
кристаллов из раствора

Цель: научиться создавать кристаллы, пронаблюдать
за ростом кристалла

Теоретические сведения

Существуют два простых способа выращивания кристаллов из
раствора: охлаждение насыщенного раствора соли и его выпаривание. Первым этапом
при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. В
условиях школьного физического кабинета проще всего выращивать кристаллы
алюмокалиевых квасцов. В домашних условиях можно выращивать кристалл медного
купороса или обычной поваренной соли.

Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с
повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры
уменьшается.

При охлаждении горячего (примерно 40°С) насыщенного раствора до
20°С в нем окажется избыточное количества соли на 100 г воды. При отсутствии
центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, т.е. раствор
будет пересыщенным.

С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется
из раствора, при каждой данной температуре в растворе остается то количество
вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой
температуре. Избыток вещества из раствора выпадает в виде кристаллов;
количество кристаллов тем больше, чем больше центров кристаллизации в растворе.
Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с
раствором, пылинки, мелкие кристаллики соли. Если предоставить выпавшим
кристалликами возможность подрасти в течение суток, то среди них найдутся
чистые и совершенные по форме экземпляры. Они могут служить затравками для
выращивания крупных кристаллов.

Чтобы вырастить крупный кристалл, в тщательно отфильтрованный
насыщенный раствор нужно внести кристаллик — затравку, заранее прикрепленный на
волосе или тонкой леске, предварительно обработанной спиртом.

Можно вырастить кристалл без затравки. Для этого волос или леску
обрабатывают спиртом и опускают в раствор так, чтобы конец висел свободно. На
конце волоса или лески может начаться рост кристалла.

Если для выращивания приготовлен крупный затравочный кристалл,
то его лучше вносить в слегка подогретый раствор. Раствор, который был
насыщенным при комнатной температуре, при температуре на 3-5°С выше комнатной
будет ненасыщенным. Кристалл-затравка начнет растворяться в нем и потеряет при
этом верхние, поврежденные и загрязненные слои. Это приведет к увеличению
прозрачности будущего кристалла. Когда температура понизится до комнатной,
раствор вновь станет насыщенным, и растворение кристалла прекратится. Если
стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то
вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста
кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где
температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного
кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от
нескольких дней до нескольких недель.

Ход работы

1. Тщательно вымойте стакан и воронку, подержите их над паром.

2. Налейте 100, г дистиллированной (или дважды прокипяченной)
воды в стакан и нагрейте её до 30°С-40°С. Используя кривую растворимости,
приведенную на рисунке 1, определите марсу соли, необходимую для приготовления
насыщенного раствора при 30°С.

Приготовьте насыщенный раствор и слейте его через ватный фильтр
в чистый стакан. Закройте стакан крышкой или листком бумаги. Подождите, пока
раствор остынет до комнатной температуры. Откройте стакан. Через некоторое
время начнут выпадать первые кристаллы.

3. Через сутки слейте раствор через ватный фильтр в чистый,
вновь вымытый и попаренный стакан. Среди множества кристаллов, оставшихся на
дне первого стакана, выберите самый чистый кристалл правильной формы.
Прикрепите кристалл-затравку к волосу или леске и опустите его в раствор. Волос
или леску предварительно протрите ватой, смоченной спиртом. Можно также
положить кристалл-затравку на дно стакана перед запивкой в него раствора.
Поставьте стакан в теплое чистое место. В течение нескольких суток или недель
не трогайте кристалл и не переставляйте стакан. В конце срока выращивания
выньте кристалл из раствора, тщательно осушите бумажной салфеткой и уложите в
специальную коробку. Руками кристалл не трогайте, иначе он потеряет
прозрачность.

 Опыт
1. Выращивание кристалла из медного купороса.

Опыт 2. Выращивание кристалла из поваренной соли.

Контрольные вопросы

1. Что может служить центром кристаллизации?

2. Чем объясняется неодинаковая скорость роста различных граней
одного и того
же кристалла?

3. Каким способом можно насыщенный раствор сделать пересыщенным
без
добавления растворенного вещества?

4. Зачем раствор фильтровался?

                                                      Лабораторная
работа № 4

Измерение поверхностного натяжения
жидкости

   Цель: определить коэффициент
поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

   Оборудование: сосуд
с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Теория.

   Молекулы поверхностного
слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией
молекул, находящихся внутри жидкости

   Как и любая механическая
система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию
и сокращается. При этом совершается работа А:

 

   где σ — коэффициент
поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м² или Н/м

    
или  

   где F – сила поверхностного
натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

   Поверхностное натяжение
можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод
отрыва капель.

   Опыт осуществляют со
шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца
так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед
моментом отрыва капли сила тяжести F_тяж=m_капли·g  равна
силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности –
окружность капли

 l=π·d_капли

   Следовательно:

 

   Опыт показывает, что d_капли =0,9d,
где d – диаметр канала узкого конца шприца.

   Массу капли можно найти,
посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

   Масса капель m будет равна
массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно
найти массу m=ρ·V

Ход
работы. 

1. Начертите
   таблицу:

№ опыта	Масса капель m, кг	Число капель n	Диаметр канала шприца d, м	Поверхност-ное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м	Табличное значение поверхност-ного натяжения σтаб, Н/м	Относительная погрешность δ %
1	1*10-3		2,5*10-3			0,072
2	2*10-3		2,5*10-3
3	3*10-3		2,5*10-3

   Опыт 1

1. Наберите в
   шприц 1 мл воды («один кубик»).
2. Подставьте
   под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца,
   добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1
   мл и результат запишите в таблицу.

1. Вычислите
   поверхностное натяжение по формуле 

          
Результат запишите в таблицу. 

1. Повторите
   опыт с 2 мл и 3 мл воды.
2. Найдите
   среднее значение поверхностного натяжения 

          
Результат запишите в таблицу.

1. Сравните
   полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с
   учетом температуры.
2. Определите
   относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

 

          
Результат запишите в таблицу.

1. Сделайте
   вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ
ВОПРОСЫ.

1. Почему
   поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
2. Почему и
   как зависит поверхностное натяжение от температуры?
3. Изменится
   ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в
   другом месте Земли?
4. Изменится
   ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?
5. Почему
   следует добиваться медленного падения капель?

                                                       
Лабораторная работа №5

                                  Измерение
температуры нити лампы накаливания.

Цель работы

:

 Определить
температуру нити лампы накаливания по вольтамперной характеристике.

Оборудование: Лампа 6,3 В, амперметр, вольтметр (учебные), реостат
(100 Ом), ключ, провода, монтажная панель.

Содержание и метод выполнения работы:

Температуру нити лампы накаливания можно узнать,
пользуясь зависимостью сопротивления от температуры: R_t = R₀(1+

at). Для этого,
измерив предварительно сопротивление нити лампы в холодном состоянии тестером,
снять вольтамперную характеристику лампы. По найденным значениям силы тока и
напряжения найти сопротивление нити и её температуру. Однако необходимо учесть,
что сопротивление металлов зависит от температуры не совсем линейно. Особенно
это становится заметно при больших перепадах температуры (как в данном случае).
Поэтому, при измерении сопротивления в холодном состоянии выбирается a₁ =
5*10 ^{— 3} К^-1, а в горячемa₂ = 5,8*10 ^{– 3} К^-1. 

Порядок выполнения работы

1

. Измерьте
сопротивление нити лампы в холодном состоянии с помощью тестера. Это даст
возможность вычислить сопротивление нити при нуле градусов Цельсия. Для
вычисления воспользуйтесь значением термического коэффициента a₁. 

2. Соберите цепь согласно схеме.

3. Снимите ВАХ, перемещая движок реостата
(минимум 10 замеров). Результаты занесите в таблицу.

4. Вычислите сопротивление и температуру для
каждого замера, используя значением термического коэффициента

a₂ и
вычисленным R₀. 

5. Постройте ВАХ и зависимость R = f (t).

6. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Чем объясняется зависимость электрического
сопротивления металлов от температуры?

2. Каковы основные
источники погрешностей измерений в данном эксперименте?

3. Каким способом можно повысить точность
измерений в данном эксперименте?

Критерии оценок
лабораторных работ

Оценка «5» (отлично)
ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением
необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и
рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и
режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает
требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет
все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет
анализ погрешностей.

Оценка «4» (хорошо) ставится,
если выполнены требования к оценке 5, но было допущено два — три недочета, не
более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3»
(удовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью, но объем
выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы;
если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2»
(неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью и объем
выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты,
измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Во время обучения в школе вам наверняка
приходилось выполнять лабораторные работы,
например по физике. При выполнении таких работ
обучающиеся очень много времени тратят на
обработку результатов измерений (обычно – это
вычисления на калькуляторе) и их оформление
(заполнение таблиц в тетради и построение
графиков). Времени на анализ полученных
результатов, очень часто, остается мало или
вообще не остается. Поскольку школьникам
выполнять лабораторные работы по разным
школьным предметам приходится часто и эта
проблема им хорошо знакома, предложенный проект
“Лабораторные работы” вызвал интерес и стал
традиционным. Рутинную работу по расчетам и
оформлению результатов было предложено
переложить на “плечи” компьютера, для
выполняющего лабораторную работу оставить
возможность сделать выводы по результатам и, при
необходимости, провести еще раз необходимые
измерения. В зависимости от уровня подготовки
обучающихся и имеющегося времени, на выполнение
работы отводится 3 – 4 урока.

Этапы выполнения проекта на примере
лабораторной работы по физике “Измерение
ускорения свободного падения”.

1. Работа над проектом начинается с определения
темы. Каждый обучающийся работает над своей
лабораторной работой, определяет ее тему с
учителем физики.

2. Выбранную лабораторную работу обучающийся
еще раз выполняет, либо вспоминает, как она
выполнялась, в случае, если это было недавно.
Результаты измерений не обрабатывает, поэтому
этот шаг много времени не занимает.

3. В Excel подготавливает бланк для обработки
результатов измерений и выполняет построение
необходимых графиков. На рисунке 1 показан
фрагмент листа электронной таблицы в режиме
отображения формул, цветом выделены измеренные
при выполнении лабораторной работы величины, они
внесены в таблицу в качестве тестовых значений.
Построение графика не проиллюстрировано.

Рисунок 1.

На рисунке 2 тот же фрагмент в режиме
отображения вычисленных по формулам значений.

Рисунок 2.

В зависимости от уровня подготовки и темпа
работы обучающиеся в бланке электронной таблицы,
могут предусмотреть:

— защиту тех ячеек, в которых изменять или
удалять значения не требуется (на рисунке 1
незащищенные ячейки выделены цветом);

— добавить кнопку очистки ячеек электронной
таблицы с измеренными данными и настроить ее
действие;

— любые дополнительные возможности, улучшающие
удобство работы пользователя с бланком.

4. При необходимости подготавливает рисунки и
схемы для оформления отчета по лабораторной
работе (сканирует готовые или выполняет их в
наиболее подходящем графическом редакторе).

5. Бланк отчета по результатам лабораторной
работы можно оформить и в Excel, но удобнее это
сделать в Word. Оформление выполняется исходя из
требований к оформлению лабораторных работ по
физике.

6. Связывание файлов между собой позволяет при
открытии документа считывать в него последние
сохраненные данные. В бланк отчета из Excel
вставляет связыванием таблицы и графики
(Вставка/Объект…/Создание из файла, обозначить
Связь с файлом и указать с каким). На рисунке 3 все
таблицы и график вставлены связыванием.

Рисунок 3.

7. Разметить несколько пустых строк для выводов
по результатам лабораторной работы.

Теперь этим бланком можно пользоваться для
автоматизации процессов расчета (в электронную
таблицу внести измеренные данные, автоматически,
по записанным формулам будут рассчитаны
вычисляемые данные и построены графики), и
оформления (открывая связанный с электронной
таблицей текстовый документ в нем будут отражены
все необходимые для отчета данные). Распечатав на
принтере бланк отчета и проанализировав
полученные результаты выполняющий лабораторную
работу делает выводы и записывает их в
оставленных пустыми строчках.

Замечания.

1. С точки зрения реализации задачи,
предложенный материал больше предназначен
учителям информатики, поэтому подробного
описания того, как выполнять средствами Word и Excel
предложенные действия, не привожу, они
достаточно распространенные и известные.
Учителям – предметникам (например, учителям
физики), если потребуется все предложенное
выполнять самостоятельно, а опыта недостаточно,
можно обратиться за консультацией к
преподавателю информатики своей школы или к
старшеклассникам.

2. Предложенный материал – это идея, которая
подразумевает самостоятельную адаптацию ее под
условия и нужды вашей школы.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Решение задач физике средствами MS Excel

MS Excel является удобным средством решения разнооб­разных расчетных задач.

Рассмотрим решение задачи по физике средствами Excel, требующих выполне­ния значительного числа шагов, что делает эти задачи излишне трудоемкими для решения вручную.

Задача о горизонтально брошенном теле.

Тело брошено горизонтально над поверхностью земли с некоторой начальной скоростью. Ускорение свободного падения равно 9,8 м/с². Сопротивлением воздуха можно пренебречь. Рассчитать траекторию движения тела.

Решение.

На тело действуют две силы: в горизонтальном направлении действует сила инер­ции, под действием которой тело движется равномерно, а в вертикальном – сила тяжести, под действием которой тело падает с ускорением. Горизонтальный путь под­считываем как скорость, умноженною на время, а вертикальную составляющую — по известной формуле

,умноженной на -1, чтобы указать направление оси на графике.

Решим задачу с помощью электронной таблицы. Выполним расчеты по шагам, разделив время падения на 15 интервалов по 0,1 с. При вычислении величины свободного падения все значений, как сказано выше, умножим на — 1, чтобы на диаграмме, свободное падение было направлено вниз.

Формулы, по которым выполняются вычисления, представлены в таблице

Рис. 1. Формулы для расчёта траекторий движения тела, брошенного горизонтально

Рис.2. Таблица с результатами вычислений.

Рис.3. Траектория движения тела

Литература:

1. Понятный самоучитель работы в Excel. СПб,: Питер, 2002

2. Информатика и образование. №4, 2003.

	Информатика и Физика © 2007 Шакуров З.З. Желаю всем удачи!
Главная Уроки (курсы обучения)ИКТ Уроки ИКТ 10 — профильный Уроки ИКТ 11 — профильный Уроки Физики Демонстрации и лабораторные с ИКТ Программы (ехе) Модели Тесты и самостоятельные Методика и внеклассные Ссылки по физике Ссылки общие	На странице даны авторские разработки демонстрационных опытов и разработки по организации практической исследовательской работы учащихся. 1. Простые и наглядные демонстрационные опыты на уроках физики. DOC 44КБ скачать 2.Пример использования MS Excel при проведении исследовательской практической работы по физике. Excel 30КБ. скачать Зависимость силы тока от электрического сопротивления проводника, при заданном значении электрического напряжения. Рекомендую лабораторные работы проводить на уроке физики. Построение таблицы Excel, заполнение ячеек данными и формулами, форматирование таблицы, построение и форматирование графиков (теоретически ожидаемых и полученных практически) проводить на уроке ИКТ, как зачетная работа по Ms Excel. Это задание на одно рабочее место ученика. Остальные задания смотри ниже. 3. Индивидуальные задания к итоговому зачету Ms Excel по теме «Применение Excel при решении физических задач».DOC 58КБ.  скачать 4.Примеры таблиц, разработанных по заданиям пункта 3.  RAR 210КБ. скачать