Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике для студентов специальности 080110. 52 «Экономика и бухгалтерский учет»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА»

«ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ОДЕЖДЫ (КОЛЛЕДЖ)»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ

по физике

для студентов специальности

080110.52 «Экономика и бухгалтерский учет»

Составила:

Преподаватель: Т.В. Бородина

Рассмотрено на заседании

цикловой комиссии

математических и общих

естественнонаучных дисциплин

Протокол № __________

«_____»________ 20 ___ г.

Председатель комиссии:

___________ Л.Н. Барабашова

2009

Лабораторная работа
№ 1

ПРОВЕРКА ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ОБЪЕМОМ, ДАВЛЕНИЕМ И ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ ДАННОЙ МАССЫ ГАЗА

(проверка уравнения состояния газа)

Теория.
Состояние данной массы газа характеризуется тремя величинами (параметрами): объемом V
, давлением р
и термодина­мической температурой Т
. В природе и технике, как правило, проис­ходят изменения всех величин одновременно, но при этом соблюда­ется закономерность, вы­раженная уравнением со­стояния газа: при m
=
const
.

Рис. 1

Для данной массы га­за произведение объема на давление, деленное на термодинамическую тем­пературу, есть величина постоянная.

Проверить эту зависи­мость экспериментально можно, используя прибор для изучения газовых за­конов (рис.1). Прибор состоит из металлического гофрированного цилиндра переменного объема (сильфона) 1
, манометра 2
и рези­нового шланга 3
. Прикрепленная к сильфону демонстрационная шкала 4
позволяет измерять объем воздуха в цилиндре в условных единицах.

Оборудование.
1. Прибор для изучения газовых законов. 2. Ба­рометр (общий для всех). 3. Термометр. 4. Сосуды с холодной и горячей водой вместимостью 6-7 л (общие для всех). 5. Испытуе­мый газ - воздух.

Порядок выполнения работы.

1.Определить цену деления шкалы манометра.

2.Собрать установку по рис.1.

3.Открыть у манометра краны 5
и 6
, вращением винта 7
устано­вить верхнюю крышку цилиндра против пятого деления демонстра­ционной шкалы, после чего кран 6
закрыть.

4. Снять показания приборов и данные занести в табл. 1.

5. Перенести сильфон в сосуд с холодной водой и с помощью винта изменить объем воздуха. Через 2-3 мин наступит тепловое равновесие, т. е. температуры воды и воздуха (в сильфоне) станут одинаковыми.

6. Снять показания приборов и данные записать в табл. 1.

7. Повторить опыт с горячей водой и данные записать в табл. 1.

8. Вычислить постоянную С
для каждого опыта.

9. Сравнить результаты измерений и сделать вывод.

10. Определить среднее значение постоянной С
и найти относи­тельную погрешность методом среднего арифметического.

Таблица 1

Номер опыта	Показание барометра p0 , Па	Показания манометра ∆p0 , Па	Давление воздуха в сильфоне p , Па	Объем воздуха V , м3	Показания термометра Т, К	Постоянная , Па . м3 /К	Среднее значение постоянной Сср , Па . м3 /К	Относительная погрешность

Методические рекомендации.

1. Цилиндр изготовлен из тонкой фольги, поэтому не следует допускать при работе резких движений сильфона, не следует слиш­ком сжимать и растягивать его.

2. Цилиндр следует помещать в воду так, чтобы она покрыла его верхнюю крышку.

3. По шкале манометра определяется разность давлений возду­ха атмосферного и находящегося в сильфоне.

4. Поскольку манометр измеряет давление газа в атмосферах (атм), а барометр - в мм.рт.ст., пересчитать единицы давления в паскалях (Па), учитывая, что 1 мм.рт.ст.= 133 Па, 1 атм= 105
Па.

Контрольные вопросы.

1. Почему в данной работе объем воздуха можно выражать в условных единицах?

2. Изменится ли найденное значение С, если опыт проводить с другой массой газа?

3. Какие причины влияют на точность опреде­ления постоянной С?

4. Что означает нулевое деление шкалы маномет­ра (рис. 1)?

5. Вычислить объем исследуемого газа в кубиче­ских метрах, учитывая, что диаметр сильфона равен 100мм, а рас­стояние между двумя соседними делениями шкалы прибора ­15мм.

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
С ПОМОЩЬЮ ГИГРОМЕТРА И ПСИХРОМЕТРА

Теория
. В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относи­тельной влажностью.

Абсолютная влажность ρа
определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м3
воз­духа, т. е. плотностью водяного пара.

Абсолютную влажность мож­но определить по температуре точки росы - температуре, при которой пар, находящийся в воз­духе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице «Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах» находят соответствующую темпера­туре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолют­ная влажность окружающего воздуха.

Относительная влажность В
показывает, сколько процентов со­ставляет абсолютная влажность от плотности ρн
водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре: В
= ρа
·1ОО% / ρн
.

Оборудование. 1. Гигрометр. 2. Термометр. 3. Диэти­ловый эфир. 4. Психрометр (общий для всех). 5. Баротер­могигрометр .

Порядок выполнения работы.

I. Работа
с гигрометром.

1.Измерить температуру окружающего воздуха.

2. Наполнить камеру гигрометра летучей жидкостью (диэтило­вым эфиром 3-4 см3
).

3.Установить термометр в камеру гигрометра.

4.При помощи груши продувать воздух через эфир и вниматель­но следить за -полированной поверхностью стенки камеры , сравни­вая ее с поверхностью кольца . Заметив появление росы (начало запотевания), записать температуру.

5.Продолжая наблюдение, отметить момент исчезновения росы и соответствующую температуру.

6.Определить температуру точки росы как среднее арифметиче­ское измеренных температур.

7.Опыт повторить 1-2 раза.

8.По таблице определить плотность пара соответственно при температуре точки росы и комнатной.

9. Вычислить относительную влажность, найти среднее значе­ние ее.

10.Определить относительную погрешность методом среднего арифметического.

11. Результаты измерений, вычислений и табличные данные записать в табл.

II. Работа с психрометром и баротермогигрометром
.

1. Проверить наличие воды в стаканчике психрометра и при необходимости долить ее.

2. Определить температуру сухого термометра.

3. Определить температуру смоченного термометра .

4. Пользуясь психрометрической таблицей, определить относи­тельную влажность.

5. Результаты измерений записать в табл.

6. Определить относительную влажность по баротермогигрометру.

7. Результаты по определению В
сравнить и сделать вывод.

Методические рекомендации.

1.Для более точного определения момента появления росы пе­ред работой тщательно протереть суконкой полированное дно и кольцо гигрометра до полного блеска, а перед наблюдением устано­вить прибор под углом 30-40о
к лучу зрения.

2. Камеру наполнить эфиром с таким расчетом, чтобы шарик термометра был погружен в эфир и в то же время эфир не расплес­кивался при продувании воздуха.

3. Сразу же после окончания работы с гигрометром тщательно проветрить помещение.

4. Для психрометра лучше использовать дистиллированную воду.

5. В 5. В формуле В
= ρа
/ ρн
.
100% вместо плотности можно взять давление насыщающих паров при комнатной температуре и температуре точки росы.

Контрольные вопросы.

1. Почему при продувании воздуха через эфир на полирован­ной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В ка­кой момент появляется роса?

2. Почему показания влажного термометра психрометра мень­ше показаний сухого термометра? При каком условии разность по­казаний термометра наибольшая?

3. Температура в помещении понижается, а абсолютная влаж­ность остается прежней. Как изменится разность показаний термо­метров психрометра?

4. Сухой и влажный термометры психрометра показывают од­ну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

5. Почему после жаркого дня роса бывает, более обильна?

6. Почему перед дождем ласточки летают низко?

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

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, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа А: A=σ .
∆S, где σ - коэффициент пропор­циональности (выражается в Дж/м2
или Н/м), называемый поверх­ностным натяжением: σ =A/∆S, или σ =F/l
, где F - сила поверх­ностного натяжения, l
- длина границы поверхностного слоя жид­кости.

Поверхностное натяжение можно определить различными мето­дами.

I
.
Метод отрыва капель.

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуе­мая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли си­ла тяжести ее Р=
mk
g
равна силе поверхностного натяжения, граница свободной поверхности - окружность шейки капли. Следовательно, F
=mk
g
; l
=πd
ш
.k
; σ= mk
g
/(πd
ш
.k
). Опыт показывает, что d
ш
.k
=0,9d
б
, где d
б
- диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование.
1. Бюретка с краном. 2. Ве­сы учебные с разновесом. 3. Сосуд с водой. 4. Сосуд для сбора капель. 5. Микрометр. 6. Набор игл.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать установку и наполнить бюретку водой.

2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствующей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром повто­рить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться, взять их среднее значение.

3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

4. Подставить под бюретку сосуд, в котором была вода, и, плав­но открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).

5. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.

6.Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

7.Результаты измерений и вычислений записать в табл.

8.Вычислить поверхностное натяжение по формуле σ= mg/nπ.
0,9d
б
.

9. Опыт повторить 1-2 раза с другим количеством капель.

10. Найти среднее значение σср
сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом темпе­ратуры.

11. Определить относительную погрешность методом оценки ре­зультатов измерений.

Методические рекомендации.

1. Для опыта рекомендуется использовать дистиллированную или хорошо прокипяченную воду.

2. В качестве сосуда с водой удобно взять мензурку, имеющую отлив.

3. Чтобы при падении капель вода в сосуде не разбрызгивалась, конец трубки расположите близко от сосуда.

4. При повторном измерении взять 150-170 капель в зависимо­сти от диаметра узкого конца бюретки.

5. Для проведения опыта можно использовать воронку (или трубку) с пипеткой; стеклянный резервуар пипетки соединить с во­ронкой (трубкой) резиновой трубкой с зажимом.

II. Метод подъема воды или другой смачивающей жидкости в капиллярах.

Поднятие смачивающей жидкости в капиллярной трубке над уровнем жидкости в большом сосуде проиcходит в результате того, что поверхность жидкости стремится сократиться, поэтому на жид­кость оказывается дополнительное давление ∆p=2σ/R, где R - ра­диус капилляра. Смачивающая жидкость в капилляре поднимается на такую высоту, при которой вес ее столбика над уровнем жидко­сти в большом сосуде уравновесится силой дополнительного давле­ния: mg
=∆pS,
или ρShg
=2σS
/R,
откуда h
=2σ/(R
ρg
), где ρ- плот­ность жидкости.

Оборудование
. 1. Стакан с водой. 2. Две капиллярные трубки различного сечения. 3. Набор игл. 4. Микрометр. 5. Масштабная линейка. 6. Лупа.

Порядок выполнения работы.

1. Опустить в стакан с водой поочередно каждую из двух ка­пиллярных трубок.

2. Измерить высоту подъема воды в капиллярной трубке над поверхностью воды в стакане.

3. Подобрать иглу требуемой толщины, ввести ее в капилляр и отметить на ней место, до которого она вошла в капилляр. Микро­метром измерить диаметр иглы в отмеченном месте.

4. Произвести вычисления поверхностного натяжения по фор­муле

σ = hR
ρg
/
2 =
hd
ρg
/
4 .

5.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

6.Сравнить результаты с табличным значением поверхностного натяжения и определить относительную погрешность методом оцен­ки результатов измерений.

Методические рекомендации.

1.Капиллярные трубки пронумеровать.

2. Предварительно смочить внутреннюю поверхность капилляр­ной трубки исследуемой жидкостью, а затем провести опыт.

3. Высоту поднятия жидкости измерять по нижней части менис­ка в капилляре. Для удобства отсчета наблюдение производить че­рез лупу.

4. Относительную погрешность определить по формуле

δ = = +

Контрольные вопросы.

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидко­сти?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от темпера­туры?

3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количе­ство капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой - с при­бавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяже­ния, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

6. Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться мед­ленного падения капель?

Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Теория
. Важнейшей характеристикой любого конденсатора яв­ляется его электрическая емкость С
- физическая величина, равная отношению заряда Q
конденсатора к разности потенциалов U
меж­ду его обкладками: С= Q/U.
Выражается в СИ в фарадах (Ф). Емкость конденсатора можно определить опытным путем.

Оборудование
. 1. Источник электрической энергии 6В. 2. Миллиамперметр. 3.Конденсаторы (3-4 шт.) известной емкости (1-6 мкФ). 4.Конденсатор неизвестной емкости. 5. Двухполюсный переключатель. 6. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1. В цепи установить один из конденсаторов известной ем­кости.

2. Конденсатор зарядить; для этого соединить его (переключа­телем) на короткое время с источником электрической энергии.

3. Сосредоточив внимание на миллиам­перметре, быстро замкнуть конденсатор на измерительный прибор и определить число делений, соответствующее максимальному отключению стрелки.

4. Опыт повторить для более точного оп­ределения числа делений n
и найти отношение найденного количества делений к емкости взятого конден­сатора С
:

n
/
C
=
k
.

5. Опыт повторить 2-3 раза с другими конденсаторами известной емкости.

6. Результаты измерений, вычислений записать в табл. 1.

Номер опыта	Емкость конденсаторов С, мкФ	Число делений по шкале миллиамперметра n	Отношение числа делений к емкости n / C = k .	Найденная емкость конденсатора Сх , мкФ	Относительная погрешность | Cтаб -Сх | δ = ------------ 100% Cтаб

8. Опыт (п. 1-4) повторить с конденсатором неизвестной ем­кости Сх
. Определить в этом случае число делений n
х
и найти ем­кость из соотношения C
х
=
n
х
/
k
.

9. Узнать у преподавателя емкость исследуемого конденсато­ра и, приняв ее за табличное значение, определить относительную погрешность.

Контрольные вопросы.

1. Конденсатор в переводе - сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?

2. В чем сущность указанного метода определения емкости кон­денсатора?

3. Объяснить, можно ли соотношение С= Q/U прочесть так: ем­кость конденсатора прямо про­порциональна его заряду и об­ратно пропорциональна на­пряжению между его обклад­ками?

4. Почему емкость конден­сатора постоянна?

5. От чего и как зависит емкость простейшего конденса­тора? Запишите формулу этой емкости.

Лабораторная работа №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Теория
. Для получения электрического тока в проводнике не­обходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. Раз­ность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделе­ния зарядов. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние (не электрического происхождения) силы.

При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замы­кании электрической цепи запасенная в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внут­ренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R
и r
.

Величина, численно равная работе, которую совершают сторон­ние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока Е
:

Е
= IR
+I
r
;

в СИ выражается в вольтах (В).

Электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока можно определить экспериментально.

Вариант
I
.

Оборудование
. 1. Источник электрической энергии. 2. Ампер­метр. 3. Три резистора с сопротивлением 1 - 4 Ом. 4. Ключ. 5. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1.
Определить цену деления шкалы амперметра.

2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1, установив в цепи резистор с известным сопротивлением.

3. Замкнуть ключ и снять показание амперметра.

4. Ключ разомкнуть, заменить резистор на другой, цепь замкнуть и вновь снять показания амперметра.

5. Опыт (п. 4) повторить с третьим резистором.

6. Результаты измерений подставить в уравнение Е
=I(R+r)
и, решив систему уравнений:

Е=
I1
(R1
+
r)

Е=
I2
(R2
+
r)

вычислить r и ε

7. Определить средние значения найденных величин rср
, Еср
.

8. Определить относительную погрешность методом среднего арифметического.

9. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу

Номер опыта	Сопротивление резистора R , Ом	Сила тока I , А	Внутреннее сопротивление r , Ом	ЭДС Е , В	Среднее значение сопротивления r ср , Ом	Среднее значение ЭДС ε ср , В	Относительная погрешность ∆ r ср δ1 = --------- 100% r ср	Относительная погрешность ∆ ε ср δ2 = --------- 100% ε ср

Вар
иант
II

Оборудование.
1. Источник электрической энергии. 2. Реостат на 6-10 Ом. 3. Амперметр. 4. Вольтметр. 5. Ключ. 6. Соедини­тельные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

2.Составить электричеcкую цепь по схеме, изображенной на рис.

3. После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ поль­зуясь реостатом, установить силу тока, соот­ветствующую нескольким делениям шкалы амперметра. Снять показания вольтметра и амперметра.

4. Опыт повторить 2-3 раза, изменяя со­противление цепи при помощи реостата.

5. Результаты измерений подставить в уравнение ε =
U
+
Ir
и, решая системы уравнений определить r
, а затем Е
.

6.Вычислить средние значения найденных величин Гер, Ф ер.

7.Определить относительную погрешность методом среднего арифметического.

8. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу

Номер опыта	Сила тока в цепи I , А	Напряжение на внешней части цепи U , В	Внутреннее сопротивление r , Ом	ЭДС Е , В	Среднее значение сопротивления r ср , Ом	Среднее значение ЭДС ε ср , В	Относительная погрешность ∆ r ср δ1 = --------- 100% r ср	Относительная погрешность ∆Е ср δ2 = --------- 100% Е ср

Методические рекомендации.

1. При работе с аккумуляторами необходимо учитывать, что их внутреннее сопротивление очень мало. Поэтому лучше брать, бата­рею таких источников тока.

2. Работу удобно выполнять, используя в качестве источника то­ка батарейку карманного фонаря.

Контрольные вопросы.

1.Какова физическая суть электрического сопротивления?

2.Какова роль источника тока в электрической цепи?

3.Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту.

4.Соединить на короткое время вольтметр с источником элек­трической энергии, соблюдая полярность. Сравнить его наказание с вычисленным по результатам опыта ε.

5.От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

6.Пользуясь результатами произведенных измерений, опреде­лить напряжение на внешней цепи (если работа выполнена I мето­дом), сопротивление внешней цепи (если работа выполнена II ме­тодом).

Лабораторная работа №6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОММЕТРА И МИКРОМЕТРА

Теория
. Одной из важных характеристик проводника является удельное электрическое сопротивление ρ - физическая величина, равная отношению произведения сопротивления проводника на его площадь поперечного сечения к длине проводника. Для однородного цилиндрического проводника с со­противлением R
, длиною l
, площадью поперечного се­чения S

ρ =
RS
/
l
;
в СИ выражается в Ом· м.

Удельное сопротивление зависит от концентрации в проводнике свободных электронов и от расстояния между ионами кристаллической решетки, иначе говоря, от материала проводника.

В качестве исходного материала для эксперимента можно ис­пользовать обмотку реостата.

Вариант
I
.

Оборудование
. 1. Реостат. 2. Омметр. 3. Штангенциркуль. 4. Микрометр.

Порядок выполнения работы
.

1. Омметром измерить сопротивление всей обмотки реостата.

2. Штангенциркулем измерить диаметр D керамического ци­линдра реостата, подсчитать число витков n
на нем и определить длину проволоки по формуле

l
= πDn.

3. Микрометром измерить диаметр проволоки d
и определить площадь поперечного сечения ее S
= πd
2
/4.

4. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Номер опыты

Сопротивление всей обмотки реостата R, Ом

Диаметр витка D , м

Число витков в обмотке реостата n

Длина провода l , м

Диаметр провода d, м

Площадь поперечного сечения провода реостата S, м2

Удельное сопротивление ρ, Ом м

Табличное значение удельного сопротивления ρтаб , Ом м

| ρтаб - ρ| δ = ------------ 100% ρтаб

5. Учитывая, что провод реостата изготовлен из нихрома, срав­нить результат опыта с табличным значением удельного сопротив­ления нихрома и определить относительную погрешность.

Лабораторная работа №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА МЕДИ

Теория
. Процесс, при котором молекулы солей, кислот и щело­чей при растворении в воде или других растворителях распадают­ся на заряженные частицы (ионы), называется электролитической диссоциацией; получившийся при этом раствор с положительны­ми и отрицательными ионами называется электролитом.

Если в сосуд с электролитом поместить пластины (электроды), соединенные с зажимами источника тока (создать в электролите электрическое поле), то положительные ионы будут двигаться к катоду, а отрицательные - к аноду. У электродов происходят окис­лительно-восстановительные реакции, при этом на электродах вы­деляются вещества - продукты реакции.

Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса выделив­шегося вещества на электроде прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит: m
=kQ
, или m
=k
I
t
, где k
- электрохимический эк­вивалент - количество вещества, выделен­ное при прохождении через электролит 1 Кл электричества. Для каждого вещества зна­чение k
есть постоянная величина.

Измерив силу тока в цепи, составленной по схеме, время его прохождения и массу выделившегося на катоде вещества, можно определить электрохимический эквивалент из первого зако­на Фарадея: k=
m
/(
I
t).

Оборудование
. 1. Весы с разновесом. 2. Амперметр. 3. Часы.

Вентилятор настольный или электроплитка. 5. Источник элект­рической энергии (выпрямитель ВС-4-12 или батарея аккумулято­ров). 6. Реостат. 7. Ключ. 8. Медные пластины (2 шт.). 9. Соединительные провода. 10. Электролитическая ванна с раствором медно­го купороса. 11. Наждачная бумага.

Порядок выполнения работы.

1. Тщательно очистить поверхность медной пластины наждач­ной бумагой и взвесить эту пластину с максимально возможной точностью.

2. Собрать электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке. Взвешенную пластинку соединить с отрицательным полю­сом источника электрической энергии.

3. После проверки цепи преподавателем заметить время по часам с секундной стрелкой, замкнуть ключ. Быстро установить реостатом силу тока 1-1,5 А. Пользуясь реостатом, поддерживать силу тока неизменной на протяжении всего опыта.

4. Через 8-10 мин цепь разомкнуть. Пластину, служившую в опыте катодом, вынуть, осторожно ополоснуть водой, высушить перед вентилятором или электроплиткой, тщательно взвесить и оп­ределить массу выделившейся меди.

5. По результатам измерений определить электрохимический эквивалент меди.

6. Сравнить найденное значение электрохимического эквива­лента меди с табличным и определить относительную погрешность измерения.

7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу

Масса катода до опыты m 1 , кг	Масса катода после опты m 2 , кг	Масса меди, отложившейся на катоде, m , кг	Сила тока I , А	Время пропускания тока t , с	Электрохимический эквивалент k , кг / Кл	Табличное значение электрохимического эквивалента k таб , кг / Кл	Относительная погрешность | k – k таб | δ = ------------ 100% k таб

Методические рекомендации.

1. Медные пластины со временем покрываются налетом оксида меди, который относится к ядовитым веществам, поэтому в процес­се выполнения работы необходимо соблюдать предосторожность: бумагу, на которой очищается пластинка, следует аккуратно свер­нуть, нельзя сдувать со столов порошок, образовавшийся при очи­стке пластин.

2. Пальцами касаться очищенных пластин нельзя.

3. После эксперимента электроды, вынутые из раствора, необ­ходимо тщательно промыть (3-5 мин) в проточной воде.

4.Необходимо помнить, что большой ток в цепи не даст хоро­ших результатов: налет меди на пластине может отслаиваться и выпадать в осадок.

5. В работе рекомендуется использовать аккумуляторы.

6.Данную работу полезно предложить учащимся на занятиях физического кружка для определения заряда одновалентного иона и исследования зависимости массы выделенного на катоде вещест­ва от силы протекающего через электролит тока, от времени про­пускания тока.

Контрольные вопросы
.

1. Почему молекулы соли, кислоты и щелочи в воде распада­ются на ионы?

2. Почему с повышением температуры сопротивление электро­лита уменьшается?

3. Будет ли происходить электролитическая диссоциация в ус­ловиях космического полета?

4. При каких условиях концентрация электролита в процессе электролиза остается постоянной? Меняется?

5. Как следует поступить, если по ошибке при выполнении опы­та взвешенная пластинка была соединена с положительным полю­сом источника тока?

6. Как поступают, когда необходимо к угольному электроду припаять провод?

Лабораторная работа №8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С

ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Теория
. Параллельный пучок света, проходя через дифракцион­ную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяет­ся по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в 1'очках экрана, для которых выполняется условие

∆ = n
λ, (1)

rде ∆- разность хода волн; λ - длина световой волны; n
- номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него ∆= 0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

Условие возникновения максимума (1) можно записать иначе:

n
λ=d
sin φ. Здесь d
- период дифракционной решетки;

φ - угол, под которым виден световой максимум (угол дифрак­ции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них мож­но принять sin φ =tg φ, а

tg φ = a
/
b
. Поэтому

n
λ=dа/
b
.
(2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления дли­ны световой волны.

Анализ формулы (1) показывает, что положение световых мак­симумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

Белый свет по составу - сложный. Нулевой максимум для не­го - белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I; II… , порядка.

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис. 45). Прибор состоит из бруска со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень. Его встав­ляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок за­крепляют под разными углами с помощью винта. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок с экраном. К концу бруска прикреплена рамка, в которую вставляют ди­фракционную решетку.

Оборудование
. 1. Прибор для определения длины световой вол­ны. 2. Подставка для прибора. 3. Дифракционная решетка. 4. Лам­па с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех учащихся).

Порядок выполнения работы.

1.Собрать установку.

2. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее.

3. Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.

4. Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и II порядков.

5. Измерить по шкале бруска установки расстояние «b
» от эк­рана прибора до дифракционной решетки.

6. Определить расстояние от нулевого деления (О) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «a
л
», так и справа «а
п
» для спектров I порядка и вычислить среднее значе­ние а
ср
.

7. Опыт повторить со спектром II порядка.

8. Такие же измерения выполнить и для красных полос ди­фракционного спектра.

9. Вычислить по формуле (2) длину волны фиолетового света для спектров I и II порядков, длину волны красного света I и II порядков.

10.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Номер опыта	Период дифракционной решетки d , мм	Порядок спектра n	Расстояние от дифракционной решетки до экрана b , мм	Видимые границы спектра фиолетового света			Видимые границы спектра красного света			Длина световой волны
				Слева а л , мм	Справа а п , мм	Среднее а ср , мм	Слева а л , мм	Справа а п , мм	Среднее а ср , мм	Красного излучения λк , мм	Фиолетового излучения λ ф , мм

Контрольные вопросы.

1. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света - белая полоса, а максимум высших порядков - набор цвет­ных полос?

2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?

3. В каких точках экрана получаются I, II, III максимумы?

4.Какой вид имеет интерференционная картина в случае моно­хроматического света?

5. В каких точках экрана получается световой минимум?