 |
Подготовка к выполнению лабораторной работы
|
|
|
|
Под редакцией проф. Золотко А. Н.
Содержание
Предисловие 4
Подготовка к лабораторной работе и ее проведение 5
Лабораторная работа № 1
Определение постоянной Больцмана и числа Лошмидта посредством электролиза
Лабораторная работа №2
Изучение броуновского движения. Определение постоянной Больцмана.
Лабораторная работа № 3
Определение коэфициента диффузии водяных паров в воздухе.
Лабораторная работа № 4
Определение относительной влажности воздуха психрометром Августа
Лабораторная работа №5
Определение зависимости вязкости газа от температуры
Лабораторная работа № 6
Определение отношения удельных теплоёмкостей 
газов
Лабораторная работа №7
Внутреннее трение в жидкостях. Температурная зависимость коэфициента вязкости жидкости. Определение энергии активации
Лабораторная работа 
№8
Определение коэфициента теплопроводности резины.
Лабораторная работа №9
Изучение поверхностых явлений в жидкости
Лабораторная работа № 10
Изучение адсорбции растворов поверхностно активных веществ
Лабораторная работа № 11
Определение температуры и удельной теплоты плавления вещества
Лабораторная работа 12
Определение зависимости давления насыщеных паров от температуры
Лабораторная работа № 13
Изучение статистических закономерностей случайных процессов
ПРЕДИСЛОВИЕ
Новое издание учебного Пособия к лабораторным занятиям по физике для студентов первого курса «Общий физический практикум. Молекулярная физика» существенно отличается от ранее изданных кафедрой общей и химической физики методических работ своей полнотой, комплексным изложением материала, соответствием требованиям современной кредитно - модульной системы оценки знаний студентов.
|
|
|
Основные идейные установки Пособия не изменились. Авторы и составители по-прежнему считают своей главной целью не только дать возможность студентам изучить на опыте важнейшие физические явления, но и научить их обращаться с разнообразными физическими приборами, приобрести необходимые навыки по методике эксперимента, научиться правильно распределить различные временные составляющие работы (подготовка к работе, эксперимент, расчет искомых величин и оценка погрешностей).
Теоретические разделы лабораторных работ не претендуют на то, чтобы создать у студентов полные представления об изучаемых явлениях – для этого следует прорабатывать лекции и учебники. В то же время в теоретической части работ содержится вполне достаточно информации об исследуемых явлениях, чтобы студент мог осознанно проводить эксперименты, обработку экспериментальных данных и отвечать на контрольные вопросы.
Работы, представленные в Пособии, идейная сторона изложения материала, обязательное и оптимальное содержание теоретических разделов, были задуманы и частично реализованы в первых изданиях аналогичных пособий профессором Д.И. Полищуком (заведующим кафедрой с 1963 по 1988 годы), который всегда уделял много внимания поиску и внедрению в учебный процесс наиболее эффективных методических подходов к изложению материала. Авторы и составители Пособия – ученики Д.И. Полищука, постарались сохранить лучшие традиции методической школы Д.И. Полищука при работе над данным Пособием.
Авторы и составители выражают искреннюю благодарность всем преподавателям и сотрудникам кафедры общей и химической физики, вложившим свой труд в постановку лабораторных работ, а также в подготовку материалов к изданию.
Проф. Золотко А. Н.
ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ И ЕЕ ПРОВЕДЕНИЕ
|
|
|
Основная цель изучения курса общей физики состоит в том, чтобы представить физическую теорию как обобщение наблюдений, практического опыта и эксперимента. Поэтому курс общей физики, с одной стороны, должен представлять собой физическую теорию в адекватной математической форме, а с другой стороны, этот курс является экспериментальным и должен ознакомить студентов с основными методиками экспериментального исследования, с главными методами точных измерений физических величин, простейшими методами обработки результатов эксперимента и основными физическими приборами. Курс общей физики должен сформировать у студентов определенные навыки экспериментальной работы, научить правильно выражать физические идеи, количественно формулировать и решать физические задачи, оценивать порядок определяемых физических величин.
Программа курса общей физики может быть выполнена лишь при полном и целесообразном использовании лекций, семинарских и лабораторных занятий, а также времени для самостоятельной работы студентов.
В процессе проведения физического практикума студент учится самостоятельно воспроизводить и анализировать основные физические явления, что способствует более глубокому пониманию теории изучаемого явления, знакомится с важнейшими измерительными приборами, учится правильно выбирать методику эксперимента и соответствующие этой методике экспериментальные приборы, воспитывает у себя творческое отношение к исследовательской работе.
Важное значение имеет физический практикум и в активизации самостоятельной работы студентов, в приобретении навыков самостоятельной работы не только в лабораториях практикума, но и в процессе теоретической подготовки к лабораторным работам. Несомненно, что наиболее эффективный путь изучения курса физики - это параллельное изучение, теоретических вопросов на лекциях и их проработка в лаборатории, т.е. фронтальная постановка задач практикума. Однако, осуществление фронтальной постановки задач вызывает определенные трудности.
В лабораториях практикума нашей кафедры разрыв во времени между лекционным и лабораторным изучением тех или иных вопросов значительно сокращен благодаря проведению практикума по циклам. Каждый такой цикл включает в себя лабораторные работы по одному разделу программы, выполняемые параллельно с изложением данных вопросов на лекциях и на семинарских занятиях.
|
|
|
Однако, в некоторых случаях возникает необходимость самостоятельного изучения тех или иных вопросов теории до того, как они будут изложены на лекциях. В таких случаях, чтобы помочь студентам успешно усвоить новый для них раздел теоретического курса, преподаватель назначает студентам индивидуальные консультации, на которых студенты выясняют все возникающие вопросы.
В целях стимулирования регулярной самостоятельной работы студентов-первокурсников над теоретическим материалом, введены зачёты по циклам работ физического практикума.
Студенты, не отчитавшиеся полностью по теории и практике предшествующего цикла лабораторных работ и не получившие зачёт по этому циклу к выполнению следующего цикла не допускаются.
Эффективность учебного процесса при этом значительно возрастает, поскольку сдача зачетов по циклам вынуждает каждого студента серьезно и регулярно работать над теоретическим курсом в течение всего семестра, исключая тем самым распространенную среди студентов "штурмовщину" в период экзаменационной сессии.
Принцип последовательности изучения материала при этом не нарушается, так как темы циклов располагаются в той же последовательности, в которой излагается теоретический материал на лекциях.
Текущая проверка знаний и умений студентов проводится также с помощью межсессионного контроля (МК, который организовывается 2-3 раза в течение семестра в сроки, указанные деканатом). Преподаватель оценивает работу студентов в период МК по результатам лабораторных работ и семинарских занятий. Студенты, отчитавшиеся по теории я практике лабораторных работ всех циклов, получают зачет за семестр по физическому практикуму без дополнительного собеседования.
Предлагаемые методические указания имеют своей целью помочь студентам наиболее эффективно использовать время, отведенное на выполнение лабораторных работ физического практикума, а также способствовать приобретению навыков экспериментальных исследований и умения анализировать результаты эксперимента.
|
|
|
Сознательное выполнение эксперимента, внимательность и сосредоточенность на процессе измерений, бережное отношение к приборам – необходимое условие успешного проведения опыта.
Подготовка к выполнению лабораторной работы
Подготовке студента к лабораторным занятиям, выполнение работ и математическая обработка результатов измерений проводится самостоятельно и систематически проверяется и оценивается преподавателем.
Для выполнения лабораторных работ, студенты по своему усмотрению распределяются на бригады, по два человека в каждой. Состав и номер бригады не изменяется до конца семестра.
На вступительном занятии студенты знакомятся с перечнем работ, которые предстоит выполнить в течение семестра, а также указывается литература, по которой можно готовиться к этим занятиям.
К выполнению каждой лабораторной работы студент должен тщательно заблаговременно подготовиться. Подготовка должна проводиться в следующей последовательности. Из методических указаний к физическому практикуму студент узнает о цели и задачах полученной лабораторной работы, знакомится со списком рекомендованной литературы к данной работе. После этого необходимо проработать соответствующий теоретический материал по указанной литературе, так как "теоретические" сведения в инструкции, как правило изложены кратко и не могут заменить учебника. Это желательно сделать за 3-4 дня до выполнения работы, чтобы осталось время для выяснения у руководителя возникших вопросов. Было бы полезно в процессе проработки материала делать соответствующие записи в отведенной для этой цели тетради.
Затем следует внимательно прочитать описание лабораторной работы. Четко усвоить, какие величины необходимо измерить, на какой теоретической основе базируется метод измерения данной величины, каков принцип действия установки в целом. После этого следует:
-продумать последовательность выполнения эксперимента, как это описано в инструкции к работе в соответствующем пособии;
-припомнить (или выучить) принцип действия и правила пользования измерительными приборами, необходимыми для выполнения работы;
-проанализировать вывод рабочей формулы и определить содержание и единицы измерения каждой физической величины, продумать способы измерения этих величин;
-по справочной литературе установить приблизительные пределы возможных результатов эксперимента, продумать построение графиков (если таковые предусмотрены заданием к работе), заготовить табличку для записи результатов измерений и вычислений;
|
|
|
-продумать способ расчета ошибок измерений физических величин, вспомнить правила действия с приближенными числами.
Необходимо помнить, что без внимательной глубокой подготовки
в лабораторным занятиям польза от них будет незначительной.
Работа должна выполняться сознательно, на основе ясного понимания поставленной задачи.
Усвоение материала студент проверяет, отвечая на контрольные вопросы, приведенные в указаниях к каждой работе.
Порядок выполнения работы
В начале каждого лабораторного занятия преподаватель, проводящий его, проверяет теоретическую подготовку студента путем устного опрашивания, выясняет, достаточно ли он знаком с темой работы.
Неподготовленный студент к выполнению работы не допускается и считается отсутствующим на занятиях. Такому студенту назначается жесткий срок отработки.
При удовлетворительных результатах опроса студент получает на рабочем листе отметку о допуске и приступает к выполнению измерений в соответствии с инструкцией к данной лабораторной работе.
Приступая к занятию, необходимо занять свое рабочее место и ознакомиться с оборудованием. На рабочем месте, как правило, имеются все необходимые приборы. При обнаружении неисправности приборов либо отсутствия некоторых из них самому ремонтировать иди переносить приборы с других рабочих мест категорически запрещается. О таких случаях следует сообщить лаборанту или преподавателю. Необходимые дополнительные приборы либо материалы выдаются только лаборантом.
Студент собирает установку либо проверяет её готовность к проведению эксперимента, показывает её преподавателю и затем приступает к выполнению задачи, соблюдая все правила пользования измерительными приборами, требования техники безопасности и поведения в лаборатории.
Следует иметь ввиду, что овладение приемами настройки установки - важнейшая часть искусства экспериментатора, а обучение этим приемам - одна из основных задач лабораторного практикума.
Техника безопасности требует, чтобы студенты заранее согласовывали с преподавателем свои решения во всех случаях, когда ошибка может быть опасна для студента и для прибора.
В случае, если при выполнении лабораторных работ используются электрические цепи, то подключать их к источнику питания можно только после проверки и с разрешения преподавателя. После окончания измерения электрические цепи необходимо сразу же выключить.
Во время лабораторного занятия не разрешается без надобности ходить по лаборатории, включать другие установки, крутить ручки приборов, открывать краны и т.п. Невыполнение этих требований может привести к порче лабораторного оборудования, опасно для жизни и здоровья. Ремонт или покупка новых приборов производится в таком случае за счет студента.
Перед выполнением работы студент должен обсудить с преподавателем свои соображения о выборе значений переменных и о числе наблюдений.
Нельзя сбивать регулировку приборов и разбирать схемы, не показав преподавателю результатов работы. В силу тех или иных причин может возникнуть необходимость дополнительных измерений или исправлений. Разобранная установка не может служить в этом случае отговоркой. При недостаточном числе наблюдений работа также не считается выполненной.
По окончании измерений студент показывает полученные результаты преподавателю, который проверяет и подписывает их (без подписи преподавателя работа считается невыполненной). Оставшееся время занятия в лаборатории студент использует для математической обработки результатов измерений. Желательно провести в лаборатории оформление рабочего листа. Если оформление рабочего листа требует более длительной работы, то его окончательную сдачу можно перенести на следующее занятие.
Студенты, не представившие законченный рабочий лист по предыдущей работе, к последующей работе не допускаются.
Каждую выполненную работу студент обязан защитить в собеседовании с преподавателем. Для зачета работы студент обязан дать исчерпывающий ответ на вопросы преподавателя, которые касаются как теории исследуемого явления, так и методики эксперимента, строения и действия использованных в работе измерительных приборов и способов вычисления ошибок. При зачете работы преподаватель делает отметку в журнале. Если работа не зачтена, то необходимо доработать соответствующий материал, который укажет преподаватель.
Отсутствие студента на лабораторном занятии, независимо от причин, не освобождает его от выполнения данной лабораторной работы, которая согласно графику приходится на данное занятие.
Для выполнения пропущенных по уважительной причине работ кафедра назначает дополнительные занятия.
Оформление рабочего листа
При подготовке к лабораторной работе студент составляет рабочий лист, на котором указываются: факультет, курс, группа, фамилия студента, дата, название работы и пр. по образцу, приведенному в конце указаний.
В рабочий лист вносятся все предварительные данные, то есть содержание его должно быть следующим:
1. Краткая формулировка идеи метода измерений.
2. Схема экспериментальной установки с обозначением всех её элементов.
3. Основные расчетные формулы.
4. Названия и обозначения физических величин.
5. Названия приборов, пределы измерений, цена деления и погрешности.
6. Таблицы для последующих записей измерений и вычисленных величин. В столбцах (или строках) таблицы необходимо разместить название величины, её обозначение и единицы измерения. В первых столбцах таблиц записывают величины, играющие роль аргумента (например, время, температура и т.д.). В последующих – зависимые величины (скорость, теплоемкость и т.д.), заголовки некоторых столбцов могут быть объединены в группы.
7. Графики, если они требуются в работе.
8. Вычисление искомой величины.
9. Вычисление погрешности.
10. Запись результатов работы с учетом погрешности.
Безусловно, в некоторых работах возможны отклонения от указанной схемы. Однако обязательно выполнение следующего условия: рабочий листок должен полностью отражать всю проделанную работу. Черновые записи на других листах не допускаются, так как переписывание данных с черновиков может вносить дополнительную ошибку. При оценке работы студента преподаватель учитывает все этапы работы над рабочим листом. Поэтому заменять рабочий лист другим, «более чисто написанным» не разрешается. Если рабочий лист не был принят преподавателем, а был возвращен студенту, то все исправления вносятся в тот же экземпляр рабочего листа; при необходимости можно добавлять к нему чистые листы, но первоначальный вариант с подписью преподавателя должен быть сохранен.
При записи результатов следует придерживаться таких правил:
Числовые значения располагать так, чтобы запятые, отделяющие целые числа от десятичных знаков, были на одной вертикали.
В случае отсутствия каких-либо данных в таблице ставится прочерк. Его недопустимо заменять нулем, так как нуль - вполне конкретная величина.
Большие и очень малые числа лучше представлять таким образом, чтобы в таблицу записывались только их значащие цифры. Например, вместо величины А = 4,5·109 в таблицу заносят величину 109 раз меньшую (А·109) = 4,5). При этом исключается необходимость каждый раз добавлять к числу один и тот же сомножитель. Таблица получается более компактной. Примером может служить следующая таблица.
Динамическая вязкость глицерина при комнатной температуре
| № измерения | Температура, toC | Вязкость η, Н с/м2 | ||||||
| ti | <t> | Δti | Δti2 | η i | <η> | Δηi | Δ η i2·104 | |
| 20,0 | 19,9 | +0,1 | 0,01 | 1,49 | 1,50 | -0,01 | ||
| 20,0 | +0,1 | 0,01 | 1,50 | |||||
| 19,5 | -0,4 | 0,16 | 1,50 | |||||
| 19,7 | -0,2 | 0,04 | 1,51 | +0,01 | ||||
| 20,0 | +0,1 | 0,01 | 1,52 | +0,02 | ||||
| 20,2 | +0,3 | 0,09 | 1,48 | -0,02 |
|
|
|
