Файл: Методические рекомендации по организации и проведению лабораторных работ и практических занятий специальность 21. 02. 01 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений.docx

ХОД РАБОТЫ:

1. 
   Определите с помощью динамометра вес бруска Р_бр и запишите в приведенную ниже таблицу.
   
2. 
   Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.
   

3. 
   Поставив на брусок один груз, тяните брусок равномерно по горизонтальной линейке, измеряя с помощью динамометра прикладываемую силу. Повторите опыт, поставив на брусок 2 и 3 груза. Записывайте каждый раз в таблицу значения силы трения F_mр и силы нормального давления N = Р_бр + Р_гр.
   
4. 
   Начертите оси координат N и F_mр, выберите удобный масштаб и нанесите полученные три экспериментальные точки.
   

№ опыта	Рбр, Н	N, Н	Fmр, Н
1
2
3

5. 
   Оцените (качественно), подтверждается ли на опыте, что сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления: находятся ли все экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.
   
6. 
   Запишите сделанный вами вывод.
   
7. 
   Вычислите коэффициент трения по формуле , используя результаты опыта № 3 (это обеспечивает наибольшую точность) и запишите его значение.
   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА
Цель: вычислить ускорение свободного падения при помощи математического маятника.

Оборудование:

1. 
   часы с секундной стрелкой;
   
2. 
   измерительная лента
   
3. 
   шарик с отверстием
   
4. 
   нить
   
5. 
   штатив с муфтой и кольцом.
   

Теория:

Как известно, гравитационное поле Земли в любой точке ее поверхности характеризуется ускорением свободного падения g. Ускорение свободного падения можно определить экспериментально с помощью математического маятника. Математическим маятником называют материальную точку массой m, подвешенную на невесомой, нерастяжимой нити и совершающей гармонические колебания в вертикальной плоскости. Период колебаний математического маятника выражается следующей формулой:

---

(1),

где –длина подвеса, g-ускорение свободного падения, T – период малых колебаний маятника. Из формулы (1) можно вычислить ускорение свободного падения:

(2)

Из формулы (2) видно, что для определения ускорения свободного падения необходимо знать длину подвеса и период малых колебаний маятника. Длина может быть измерена непосредственно с помощью линейки (мерной ленты).

Порядок выполнения работы

1. Установите на краю стола штатив. У верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3–5 см от пола.

2. Отклоните маятник от положения равновесия на 5–8 см и отпустите его.

3. Измерьте длину подвеса мерной лентой.

4. Измерьте время Δt 40 полных колебаний (N).

5. Повторите измерения Δt (не изменяя условий опыта) и найдите среднее значение Δt_ср
6. Вычислите среднее значение периода колебаний Т_ср по среднему значению Δt_ср.

7. Вычислите значение g_ср по формуле:

8. Полученные результаты занесите в таблицу:

Номер опыта	l, м	N	Δt, c	Δtср , c		g ср,
1
2
3

9. Сравните полученное среднее значение для g _ср со значением g =9.8м/с² и рассчитайте относительную погрешность измерения по формуле:
ε_g

---

Контрольные вопросы

Вариант 1

1. 
   Что называется математическим маятником?.
   
2. 
   Что называется механическим колебанием?.
   
3. 
   Чтобы помочь шоферу вытащить автомобиль, застрявший в грязи, несколько человек
   

раскачивают автомобиль, причем толчки, как правило, производятся по команде. Важно ли, через какие промежутки времени подавать команду?.

4. 
   Математический маятник за 10 с совершил 20 полных колебаний. Найти период колебаний.
   
5. 
   Во сколько раз изменится частота колебаний математического маятника при увеличении длины нити в 3 раза?.
   

Вариант 2

1. 
   Какие колебания называют вынужденными?.
   
2. 
   Что называют резонансом?.
   
3. 
   Спортсмен раскачивается при прыжках на батуте со строго определенной частотой. От чего зависит эта частота?.
   
4. 
   Частота колебаний крыльев комара 600 Гц, а период колебаний крыльев шмеля 5 мс. Какое из насекомых сделает при полете больше взмахов крыльями за 1 мин и на сколько?.
   
5. 
   Как относятся длины математических маятников, если за одно и то же время один
   

совершает 10, а второй 30 колебаний? .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ.

Цель работы: определить КПД простого механизма.

Оборудование: линейка, динамометр, деревянный брусок.

Описание работы.

Коэффициент полезного действия   простого механизма опреде­ляется отношением полезной работы А_п к затраченной работе А_з:   (1) Рис.1

Полезная работа при подъеме груза равна произведению веса тела Р = mg на высоту h его подъема: Ап=mgh. Затраченная работа равна произведению силы F, перемещающей тело по наклонной плоскости, на длину пути l (рис. 1):

---

 А = FI.

Расстояния h и l измеряем линейкой, вес тела - с помощью динамометра, подвесив к нему тело. Силу F измеряем в процессе равномерного перемещения тела вверх по наклонной плоскости. (Направление вектора силы F в этом экс­перименте должно быть параллельным наклонной плоскости.) Выполнив необходимые измерения, по формуле (1) находим КПД наклонной плоскости.

Исследуйте зависимость КПД наклонной плос­кости от веса груза и угла наклона плоскости к горизонту при перемещении деревянного бруска по ее поверхности.

Ход работы.

1. Не изменяя угол наклона плоскости к горизонту, опреде­лим экспериментально КПД наклонной плоскости для тел разной массы по формуле: 

С этой целью брусок нагружаем грузами по 0,1 кг и с помощью динамометра измеряем силу F, которую необходимо приложить к бруску параллельно наклонной плоскости для равномерного дви­жения бруска вверх по наклонной плоскости.

Произвести 3 опыта с грузами массой 0,1кг, 0,2 кг, 0,3 кг. Результат занести в таблицу. Сделать вывод по результатам опыта.

2. Не изменяя массы бруска (0,1 кг), определим экспериментально КПД наклонной плоскости при разных углах наклона, например 30°, 45°, 60°.

Сделаем вывод о результате второго эксперимента. Результат занести в таблицу.

3. Рассчитаем КПД наклонной плоскости при заданном угле а, не используя динамометр.

Для этого преобразуем формулу для КПД наклонной плоско­сти (рис. 2.)




Гд е   - коэффициент трения скольжения. Измерив, угол а₀ , при котором брусок начинает скользить по наклонной плоскости, находим этот коэффициент

Рис. 2.

---

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

НАБЛЮДЕНИЕ БРУНОВСКОГО ДВИЖЕНИЯ


Цель: осуществить наблюдение броуновское движение с помощью школьного микроскопа.

Оборудование:

1. 
   Школьный микроскоп.
   
2. 
   Окуляр 15х.
   
3. 
   Объектив 40х.
   
4. 
   Акварельные краски (тушь) , 1-2 см3 молока.
   
5. 
   Предметные и покровные стекла (5-6 шт.).
   
6. 
   Два сосуда с водой разной температуры.
   

Теория.

Броуновское движение - это беспорядочное движение малых (размерами в несколько мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе , ,происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды. Открыто оно р.Броуном в 1827 году. Видимые только под микроскопом взвешенные частицы движутся независимо друг от друга и описывают сложные зигзагообразные траектории. Броуновское движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды, его интенсивность увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением её вязкости и размеров частиц.

Последовательно объяснение броуновского движения было дано А. Эйнштейном и М.Смолуховским в 1905-1906 годах на основе молекулярно-кинетической теорий. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причём импульсы различных молекул неодинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещённой в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей со стороны окружающих её молекул, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами жидкости или газа броуновская частицы приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 10¹⁴раз в секунду. Характер движения частиц при броуновском движении можно посмотреть на рис.1.


Рис.1

Броуновское движение наблюдается в более сложных формах в технике. Это - тепловые шумы в радиосхемах, вибрации легких деталей в измерительных приборах и т.п.

Осуществить наблюдение броуновского движения можно с помощью школьного микроскопа. Внешний вид микроскопа показан на рис.2



Рис.2

Он состоит из: окуляра-1, винта настройки-2, кронштейна-3, упорного винта-4, пружинного держателя-5, шарнира-6, основания-7, осветительного устройства-8, дисковой диафрагмы-9, предметного столика, микрообъектива-11, револьверной головки объективов-12, тубусодержателя-13.

Для работы установите"микроскоп на стол предметным столиком от себя. Для удобства наблюдения тубусодержатель можно наклонить. Установите предметное стекло с препаратами на предметный столик, прижав его пружинными держателями. Глядя в окуляр, при помощи винтов настройки медленно поднимайте или опускайте тубус микроскопа до тех пор, пока в поле зрения не появится изображение препарата. При фокусировке можно осторожно передвигать препарат, т.к., подвижное изображение гораздо легче заметить, чем неподвижное. Найдя изображение, еще более медленным вращением винтов добейтесь наиболее резкого изображения. Качество изображения в микроскопе в значительной степени зависит от освещения, поэтому настройка освещения является важной подготовительной операцией. Свет от источника (окно, лампа) должен с помощью зеркала направляться через диафрагму предметного столика на препарат. Предметный столик снабжен диском, поворотом которого можно менять диаметр отверстия диафрагмы. Наблюдая в окуляр, поворачивайте зеркало до тех пор, пока все поле зрения не окажется равномерно освещенным. Фокусировка может считаться законченной, когда будут максимально устранены недостатки изображения в виде полос, пятен, бликов. Ведя наблюдение, не закрывайте свободный глаз для предупреждения его утомления.

Порядок выполнения работы

1. 
   Подготовить микроскоп для работы.
   
2. 
   На предметное стекло нанести кисточкой 1-2 капли воды.
   
3. 
   Коснутся несколько раз той же кисточкой поверхности краски (туши) и снова ввести кисточку в приготовленные капли.
   
4. 
   Каплю окрашенной жидкости кисточкой перенести на другое предметное стекло и закрыть покровным стеклом.
   
5. 
   Приготовленный препарат положить на предметный столик микроскопа. Зеркало микроскопа направить на источник света, чтобы получить хорошее освещение препарата.
   
6. 
   Опустить объектив кремальерным винтом на расстояние

0,5 покровного стекла.

---