Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников. Лабораторная работа "измерение удельной теплоемкости твердого тела" Теоретическое обоснование работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика М.Ф. Решетнева

Кафедра технической физики

Лабораторная работа №8

ЧЕТЫРЕХЗОНДОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Твердотельная электроника»

Составитель: Паршин А.С.

Красноярск 2003

Лабораторная работа №8. Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников1

Теория метода. 1

Экспериментальная установка. 3

Порядок выполнения работы.. 5

Требования к оформлению отчета. 7

Контрольные вопросы.. 7

Литература. 7

Лабораторная работа №8. Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников

Цель работы: исследование температурной зависимости удельного электросопротивления полупроводника четырехзондовым методом, определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Теория метода

Четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления полупроводников является самым распространенным. Преимущество этого метода состоит в том, что для его применения не требуется создания омических контактов к образцу, возможно измерение удельного сопротивления образцов самой разнообразной формы и размеров. Условием его применения с точки зрения формы образца является наличие плоской поверхности, линейные размеры которой превосходят линейные размеры системы зондов.

Схема измерения сопротивления четырехзондовым методом представлена на рис. 1. На плоской поверхности образца вдоль прямой линии размещены четыре металлических зонда с малой площадью соприкосновения. Расстояния между зондами s 1 , s 2 и s 3 . Через внешние зонды 1 и 4 пропускают электрический ток I 14 , на внутренних зондах 2 и 3 измеряют разность потенциалов U 23 . По измеренным значениям I 14 и U 23 можно определить удельное сопротивление полупроводника.

Чтобы найти расчетную формулу для удельного сопротивления, рассмотрим вначале задачу о распределении потенциала вокруг отдельного точечного зонда (рис.2). Для решения этой задачи необходимо записать уравнение Лапласа в сферической системе координат, т.к. распределение потенциала имеет сферическую симметрию:

.(1)

Решение уравнения (1) при условии, что потенциал при r=0 положителен, стремится к нулю, при очень больших r имеет следующий вид

Константу интегрирования С можно вычислить из условия для напряженности электрического поля Е на некотором расстоянии от зонда r=r 0 :

.

Так как плотность тока, протекающего через полусферу радиусом r 0 , j = I /(r 0 2), а в соответствии с законом Ома j = E /ρ , то E (r 0 )=I ρ/ (2π r 0 2).

Таким образом

Если радиус контакта r 1 , то потенциал его острия

Очевидно, что это же значение имеет потенциал на образце в точке его контакта с зондом. Согласно формуле (3), следует, что основное падение напряжения происходит в приконтактной области и, следовательно, значения протекающего через образец тока определяется сопротивлением приконтактной области. Протяженность этой области тем меньше, чем меньше радиус зонда.

Электрический потенциал в любой точке образца можно найти как алгебраическую сумму потенциалов, создаваемых в этой точке током каждого зонда. Для тока, втекающего в образец, потенциал имеет положительное значение, а для тока, вытекающего из образца, - отрицательное. Для системы зондов, показанных на рис. 1, потенциалы измерительных зондов 2 и 3

;

.

Разность потенциалов между измерительными контактами 2 и 3

Отсюда удельное сопротивление образца

.(5)

Если расстояния между зондами одинаковы, т.е. s 1 =s 2 =s 3 =s , то

Таким образом, для измерения удельного электросопротивления образца четырехзондовым методом достаточно измерить расстояние между зондами s , падение напряжения U 23 на измерительных зондах и ток, протекающий через образец I 14 .

Экспериментальная установка

Измерительная установка реализована на базе универсального лабораторного стенда. В данной лабораторной работе используются следующие приборы и оборудование:

1. Термокамера с образцом и измерительной головкой;

2. Источник постоянного тока ТЕС-41;

3. Источник постоянного напряжения Б5-47;

4. Универсальные цифровые вольтметры В7-21А;

5. Соединительные провода.

Блок-схема экспериментальной установки показана на рис. 3.

Образец помещается на измерительный столик термокамеры . Измерительная головка прижимается пружинным механизмом манипулятора к плоской полированной поверхности образца. Внутри измерительного столика располагается нагреватель, питание которого осуществляется от стабилизированного источника постоянного тока ТЕС-41, работающего в режиме стабилизации тока. Температура образца контролируется с помощью термопары или термосопротивления . Для ускорения процесса измерения можно пользоваться градуированными кривыми, представленными в приложении, которые позволяют определить температуру образца по току нагревателя. Величина тока нагревателя измеряется встроенным в источник тока амперметром.

Ток через контакты 1 и 4 создается с помощью регулируемого стабилизированного источника постоянного тока Б7-47 и контролируется универсальным цифровым прибором В7-21А, включенном в режиме амперметра. Напряжение, возникающее между измерительными зондами 2 и 3, регистрируется высокоомным цифровым вольтметром В7-21А. Измерения необходимо поводить при наименьшем токе через образец, определяемый возможностью измерения малых напряжений. При больших токах возможен нагрев образца, искажающий результаты измерений. Уменьшение рабочего тока одновременно снижает модуляцию проводимости образца, вызванную инжекцией носителей заряда при протекании тока.

Основной проблемой при измерении электросопротивления зондовыми методами является проблема контактов. Для высоковакуумных образцов иногда необходимо проводить электрическую формовку контактов для получения малых контактных сопротивлений. Формовку контактов измерительного зонда осуществляют кратковременной подачей на измерительный зонд постоянного напряжения несколько десятков или даже сотен Вольт.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с описанием приборов, необходимых для выполнения работы. Собрать схему измерительной установки согласно рис. 3. При подключении универсальных вольтметров В7-21А обратить внимание, что один должен работать в режиме измерения напряжения, другой – измерения тока. На схеме они обозначены значками " U " и " I " соответственно. Проверить правильность установки переключателей режимов на этих приборах.

2. После проверки правильности сборки измерительной установки преподавателем или инженером включить вольтметры и источник напряжения Б7-47.

3. Установить напряжение источника Б7-47 равным 5В. Если напряжение и сила тока на образце меняется со временем, то провести с помощью преподавателей пли инженера электрическую формовку контактов измерительного зонда.

4. Провести измерения падения напряжения U + 23 и U – 23 при разных направления тока I 14 . Полученные значения напряжения усредняют для ого, чтобы исключить таким образом продольную термо-ЭДС , возникающую на образце вследствие градиента температуры. Данные эксперимента и расчетов значений напряжений занести в таблицу 1.

Форма таблицы 1

I нагр, А

Т, K

I 14, мА

U + 23 , В

U – 23 , В

5. Повторить измерения при другой температуре образца. Для этого необходимо установить ток нагревателя термокамеры I нагр, =0.5 А , подождать 5–10 минут, чтобы температура образца стабилизировалась, и записать показания приборов в таблицу 1. Температуру образца определить по градуировочной кривой, представленной в приложении.

6. Аналогично измерения сделать последовательно для значений тока нагревателя 0.9, 1.1, 1.2, 1.5, 1.8 А. Результаты всех измерений занести в таблицу 1.

7. Обработать полученные экспериментальные результаты. Для этого, используя результаты, представленные в таблице 1, вычислить 10 3 /Т , удельное электросопротивление образца при каждой температуре ρ по формуле (6), удельную электропроводность

натуральный логарифм удельной электропроводности ln σ . Все результаты расчетов занести в таблицу 2.

Форма таблицы 2

T,K

, K -1

ρ, Ом·м

σ, (Ом · м) -1

ln σ

8. Построить график зависимости . Проанализировать ход кривых, отметить области примесной и собственной проводимостей. краткое описание задачи, поставленной в работе;

· схему измерительной установки;

· результаты измерений и расчетов;

· график зависимости ;

· анализ полученных результатов;

· выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Собственные и примесные полупроводники. Зонная структура собственных и примесных полупроводников. Ширина запрещенной зоны. Энергия активации примеси.

2. Механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников.

3. Температурная зависимость электропроводности собственных полупроводников.

4. Температурная зависимость электропроводности примесных полупроводников.

5. Определение ширины запрещенной зоны и энергия активации примеси по температурной зависимости удельной электропроводности.

6. Четырехзондовый метод измерения электросопротивления полупроводников: область применения, его преимущества и недостатки.

7. Задача о распределении потенциала электрического поля вблизи зонда.

8. Вывод расчетной формулы (6).

9. Схема и принцип работы экспериментальной установки.

10. Объясните экспериментально полученный график зависимости , как из этого графика определили ширину запрещенной зоны?

Литература

1. Павлов Л.П. методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учебник для вузов. – М.: Высш . шк ., 1987.- 239 с.

2. Лысов В.Ф. Практикум по физике полупроводников. –М .: Просвещение, 1976.- 207 с.

3. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника: Учаб . для студентов вузов. – М.: Высш . шк ., 1986.- 304 с.

4. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Наука, 1978.- 792 с .

5. Шалимова К.В. Физика полупроводников: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1971.- 312 с .

6. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов. – М.: Высш . шк ., 1982.- 608 с.

Цель – определить момент инерции тела методом крутильных колебаний.

Приборы и материалы : измерительная установка, набор тел, секундомер.

Описание установки и метода измерения

Измерительная установка представляет собой круглый диск, подвешенный на упругой стальной проволоке и предназначенный для помещения тел, момент инерции которых следует определить (рис. 8.1).

Рис. 8.1

Прибор центруется при помощи двух подвижных грузов, закрепленных на диске. Поворачивая диск прибора на некоторый угол вокруг вертикальной оси, закручивают стальной подвес.

При повороте тела на угол  проволока закручивается и возникает момент сил M , стремящийся вернуть тело в положение равновесия. Эксперимент показывает, что в довольно широких пределах момент сил М пропорционален углу закручивания , т. е.
(сравните: упругая сила
). Отпускают диск, предоставляя ему возможность совершать крутильные колебания. Период крутильных колебаний определяется выражением
, гдеf – модуль кручения; J – момент инерции колеблющейся системы.

Для прибора
. (8.1)

Равенство (8.1) содержит две неизвестные величины f и J пр . Поэтому необходимо повторить опыт, предварительно поместив на диск установки эталонное тело с известным моментом инерции. В качестве эталона взят сплошной цилиндр, момент инерции которого J эт .

Определив новый период колебаний прибора с эталоном, составляем уравнение, аналогичное уравнению (8.1):

. (8.2)

Решая систему уравнений (8.1) и (8.2), определяем модуль кручения f и момент инерции прибора J пр при данном положении грузов. (Вывод расчетных формул для f и J пр сделайте самостоятельно при подготовке к лабораторной работе и приведите его в отчете). Сняв эталон, помещают на диск прибора тело, момент инерции которого относительно оси прибора нужно определить. Установку центрируют и вновь определяют период крутильных колебаний T 2 , который в этом случае запишется в виде

. (8.3)

Зная иf , рассчитывают момент инерции тела относительно оси прибора на основании формулы (8.3).

Данные всех измерений и расчетов заносят в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Измеряемые и расчетные величины для определения момента инерции методом крутильных колебаний

t пр

T пр

t 1

T 1

t 2

T 2

< T пр >=

< T 1 >=

< ¦ >=

< J пр >=

< T 2 >=

< J т >

Задание 1. Определение периодов крутильных колебаний прибора, прибора с эталоном, прибора с телом

1. Замерить секундомером время t пр 20–30 полных колебаний прибора и определить
.

2. Опыт повторить 5 раз и определить < T пр > .

3. Поместить на диск прибора эталон и аналогично определить < T 1 >.

4. Поместить на диск прибора тело, установку отцентрировать, определить < T 2 > .

Результаты измерений занести в табл. 8.1

Урок 47. Лабораторная работа 8

Измерение скорости неравномерного движения

Бригада__________________

__________________

Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения, штатив.

Цель работы: доказать, что тело, движущееся прямолинейно по наклонной плоскости, движется равноускоренно и найти значение ускорения.

На уроке во время демонстрационного эксперимента мы убедились, что если тело не касается наклонной плоскости, вдоль которой движется (магнитная левитация), то его движение является равноускоренным. Перед нами стоит задача понять, как будет двигаться тело, в том случае, когда оно скользит по наклонной плоскости, т.е. между поверхностью и телом существует сила трения, которая препятствует движению.

Выдвинем гипотезу, что тело по наклонной плоскости скользит, тоже равноускоренно и проверим ее экспериментально, построив график зависимости скорости движения от времени. При равноускоренном движении этот график представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат. Если построенный нами график, с точностью до погрешности измерений, можно будет считать прямой линией, то движение на исследованном отрезке пути можно считать равноускоренным. В противном случае это более сложное неравномерное движение.

Для определения скорости в рамках нашей гипотезы воспользуемся формулами равнопеременного движения. Если движение начинается из состояния покоя, то V = at (1), где а - ускорение, t – время движения, V -скорость тела в момент времени t . Для равноускоренного движения без начальной скорости справедливо соотношение s = at 2 /2 , где s – путь пройденный телом за время движения t. Из этой формулы a =2 s / t 2 (2).Подставим (2) в (1), получим: (3). Итак, чтобы определить скорость тела в данной точке траектории, достаточной измерить его перемещение из начального пункта до этой точки и время движения.

Расчет границ погрешностей. Скорость находится из эксперимента путем косвенных измерений. Прямыми измерениями мы находим путь и время, а затем по формуле (3) скорость. Формула для определения границы погрешности скорости в данном случае имеет вид:(4).

Ценка полученных результатов. В силу того, что в измерениях расстояния и времени присутствуют погрешности, значения скорости V не лягут точно на прямую (Рис 1,черная линия ). Чтобы ответить на вопрос, можно ли считать исследуемое движение равноускоренным необходимо вычислить границы погрешностей изменения скорости, отложить эти погрешности на графике для каждой измененной скорости(красные полоски), п остроить коридор(пунктирные линии),

Не выходящий за границы погрешностей. Если это возможно, то такое движение при данной погрешности измерений, можно считать равноускоренным. Прямая линия (синяя), выходящая из начала координат, расположенная полностью в этом коридоре и проходящая как можно ближе к измеренным значениям скоростей является искомой зависимостью скорости от времени: V =at. Чтобы определить ускорение надо взять на графике произвольную точку и разделить значение скорости в этой точке V 0 на время в ней же t 0:а= V 0 / t 0 (5).

Ход работы:

1. Собираем установку для определения скорости. Направляющую рейку закрепляем на высоте 18-20 см. Размещаем каретку в самом верху рейки и датчик располагаем так, чтобы секундомер включался в момент начала движения каретки. Второй датчик последовательно расположим примерно на расстояниях: 10, 20, 30, 40 см для проведения 4 опытов. Данные заносим в Таблицу.

2. Производим 6 пусков каретки для каждого положения второго датчика, всякий раз занося в Таблицу показания секундомера. Таблица

Скорость

Скорость

Скорость

Скорость

3. Вычисляем среднее значение времени движения каретки между датчиками – t ср.

4. Подставляя значения s и t ср в формулу (3) определяем скорости в точках, где установлен второй датчик. Данные заносим в Таблицу.

5. Строим график зависимости скорости движения каретки от времени.

6

Погрешность измерения пути и времени:

∆s= 0,002 м, ∆t=0,01 c.

7. По формуле (4) находим ∆V для каждого значения скорости. В данном случае время t в формуле, это t ср.

8. Найденные значения ∆V откладываем на графике для каждой построенной точки.

. Строим коридор погрешностей и смотрим, попадают ли в него рассчитанные скорости V.

10. Проводим в коридоре погрешностей из начала координат прямую V=at и определяем по графику значение ускорения а по формуле (5): а=

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа №5

Лабораторная работа №5

Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы .

Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, источник тока, выключатель, соединительные провода, экран, направляющая рейка.

Теоретическая часть:

Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния линзы основан на использовании формулы линзы

d – расстояние от предмета до линзы

f – расстояние от линзы до изображения

F – фокусное расстояние

Оптической силой линзы называют величину

В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква в колпачке осветителя. Действительное изображение этой буквы получают на экране.

Изображение действительное перевернутое увеличенное:

Изображение мнимое прямое увеличенное:

Примерный ход работы:

    F = 8 см = 0,08 м

    F = 7 см = 0,07 м

    F = 9 см = 0,09 м

Лабораторная работа по физике №3

Лабораторная работа по физике №3

ученицы 11 класса «Б»

Алексеевой Марии

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника.

Оборудование:

Теоретическая часть:

Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускорение свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10 -5 м/с 2 .

В работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен

Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период

И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле

Проведение эксперимента:

    Установить на краю стола штатив.

    У его верхнего конца укрепить с помощью муфты кольцо и повесить к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1-2 см от пола.

    Измерить лентой длину l маятника.

    Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.

    Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислить t ср:

    Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерения времени и результаты занести в таблицу.

    Вычислить ускорение свободного падения по формуле

    Определить относительную погрешность измерения времени.

    Определить относительную погрешность измерения длины маятника

    Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле

Вывод: Получается, что ускорение свободного падения, измеренное при помощи маятника, приблизительно равно табличному ускорению свободного падения (g=9,81 м/с 2) при длине нити 1 метр.

Алексеева Мария, ученица 11 “Б” класса гимназии № 201 , г. Москва

Учитель физики гимназии № 201 Львовский М.Б.

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 4

Измерение показателя преломления стекла

ученицы 11 класса «Б» Алексеевой Марии.

Цель работы: измерение показателя преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции.

Теоретическая часть: показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле:

Таблица вычислений:

Вычисления:

n пр1=AE 1 / DC 1 =34мм/22мм=1,5

n пр2=AE 2 / DC 2 =22мм/14мм=1,55

Вывод: Определив показатель преломления стекла, можно доказать что это величина не зависит от угла падения.

Лабораторная работа №6

Лабораторная работа №6.

Измерение световой волны.

Оборудование: дифракционная решетка с периодом 1/100 мм или 1/50 мм.

Схема установки:

  1. Держатель.

  2. Черный экран.

    Узкая вертикальная щель.

Цель работы: экспериментальное определение световой волны с помощью дифракционной решетки.

Теоретическая часть:

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными помежутками.

Источник

Длина волны определяется по формуле:

Где d – период решетки

k – порядок спектра

    Угол, под котором наблюдается максимум света

Уравнение дифракционной решетки:

Поскольку углы, под которыми наблюдается максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5 , можно вместо синусов углов использовать их тангенсы.

Следовательно,

Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние b – по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра.

Окончательная формула для определения длины волны имеет вид

В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра.

Примерный ход работы:

    b=8 см, a=1 м; k=1; d=10 -5 м

(красный цвет)

d – период решетки

Вывод: Измерив экспериментально длину волн красного света с помощью дифракционной решетки, мы пришли к выводу, что она позволяет очень точно измерить длины световых волн.

Урок 43

Урок 43. Лабораторная работа 7

Измерение ускорения тела

Бригада ____________________

____________________

Цель исследования: измерить ускорение движения бруска по прямому наклонному желобу.

Приборы и материалы: штатив, направляющая рейка, каретка, грузы, датчики времени, электронный секундомер, поролоновая подставка.

Теоретическое обоснование работы:

Определение ускорения тела будем производить по формуле: , где v 1 и v 2 мгновенные скорости тела в точках 1 и 2, измеренные в моменты времени t 1 и t 2 , соответственно. За ось Х выберем линейку, расположенную вдоль направляющей рейки.

Ход работы:

1. Выберем на линейке две точки х 1 и х 2 , в которых будем измерять мгновенные скорости и занесем их координаты в Таблицу 1.

Таблица 1.

Точки на оси Х для измерения мгновенной скорости

Δх 1 = х ’ 1 - х 1

Δх 1 = см

Δх 2 = х ’ 2 - х 2

Δх 2 = см

Определение интервалов времени

Δt 1 = t ’ 1 - t 1

Δ t 1 = c

Δt 2 = t ’ 2 - t 2

Δ t 2 = c

Определение мгновенной скорости

v 1 = Δх 1 / Δt 1

v 1 = м/c

v 2 = Δх 2 / Δt 2

v 2 = м/с

Δ v = м/c

Определение интервала времени между точками измерения скоростей

Δ t = с

Определение ускорения каретки

2. Выберем на линейке точки х ’ 1 и х ’ 2 конечные точки интервалов для измерения мгновенных скоростей и рассчитаем длины отрезков Δх 1 и Δх 2 .

3. Установим датчики измерения времени сначала в точках х 1 и х ’ 1 , запустим каретку и запишем измеренный интервал времени прохождения каретки между датчиками Δ t 1 в таблицу.

4. Повторим измерение для интервала Δ t 2 , времени за которое каретка проходит между точками х 2 и х ’ 2 , установив датчики в эти точки и запустив каретку. Данные также занесем в таблицу.

5. Определим мгновенные скорости v 1 и v 2 в точкахх 1 и х 2 , а так же изменение скорости между точками Δ v , данные заносим в таблицу.

6. Определим интервал времени Δ t = t 2 - t 1 , которое затратит каретка на прохождение отрезка между точками х 1 и х 2 . Для этого расположим датчики в точках х 1 и х 2 , и запустим каретку. Время, показанное секундомером, заносим в таблицу.

7. Рассчитаем ускорение каретки а по формуле. Полученный результат занесем в последнюю строку таблицы.

8. Делаем вывод, с каким движением мы имеем дело.

Вывод: ___________________________________________________________

___________________________________________________________________

9. Аккуратно разбираем установку, сдаем работу, и с чувствами исполненного долга и собственного достоинства покидаем класс.

Лабораторная работа по физике №7

Ученицы 11 класса «Б» Садыковой Марии

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

Оборудование: проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном или гелием, высоковольтный индуктор, источник питания, штатив, соединительные провода, стеклянная пластина со скошенными гранями.

Цель работы: с помощью необходимого оборудования наблюдать (экспериментально) сплошной спектр, неоновый, гелиевый или водородный.

Ход работы:

Располагаем пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани наблюдаем на экране изображение раздвижной щели проекционного аппарата. Мы видим основные цвета полученного сплошного спектра в следующем порядке: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный.

Данный спектр непрерывен. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. Таким образом, мы выяснили, что сплошные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.

Мы видим множество цветных линий, разделенных широкими темными полосами. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенной длины волны.

Водородный спектр: фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый.

Наиболее яркой является оранжевая линия спектра.

Спектр гелия: голубой, зеленый, желтый, красный.

Наиболее яркой является желтая линия.

Основываясь на нашем опыте, мы можем сделать вывод, что линейчатые спектры дают все вещества в газообразном состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.

Урок 37

Урок 42 . Лабораторная работа №5.

Зависимость силы электромагнита от силы тока

Бригада ___________________

___________________

Цель работы: Установить зависимость между силой тока, протекающего по катушке электромагнита, и силой, с которой электромагнит притягивает металлические предметы.

Приборы и материалы: катушка с сердечником, амперметр, переменное сопротивление (реостат), динамометр, блок питания, гвоздь, соединительные провода, ключ, штатив с держателем, металлическая подставка под магнитные детали.

Ход работы:

1. Соберите установку, показанную на рисунке. Закрепите лапку держателя в верхней части штатива. В держателе зажмите верхнюю часть динамометра, как показано на рисунке. Привяжите к гвоздю нитку, так чтобы она попала в углубление на остром конце гвоздя и не соскакивала с него. С противоположной стороны нити сделайте петлю и повесьте гвоздь на крючок динамометра.

Запишите показания динамометра. Это вес гвоздя, он вам понадобится при измерении силы магнита:

3. Собрать электрическую цепь, показанную на рисунке. Питание не включать, пока преподаватель не проверить правильность сборки.

4. Замкнуть ключ и, вращая реостат от максимального левого до максимального правого положения определить диапазон изменения тока цепи.

Ток меняется от___А до ____А.

5. Выберите три значения тока, максимальное и два меньших и занесите

Их во второй столбец таблицы. Вы проведете три опыта с каждым значением тока.

6. Замкните цепь и установите на амперметре с помощью реостата первое выбранное вами значение тока.

7. Прикоснитесь сердечником катушки к шляпке висящего на динамометре гвоздя. Гвоздь прилип к сердечнику. Опускайте катушку вертикально вниз и следите за показаниями динамометра. Запомните показания динамометра в момент отрыва катушки и занесите его в колонку F 1 .

8. Повторите еще два раза опыт с этой силой тока. Значения силы на динамометре в момент отрыва гвоздя занесите в колонки F 2 и F 3 . Они могут немного отличаться от первого из-за неточности измерения. Найдите среднее магнитной силы катушки по формуле F cp = (F 1 +F 2 +F 3)/3 и занесите колонку «Средняя сила».

9. Динамометр показывал значение силы равное сумме веса гвоздя и магнитной силы катушки: F = P + F M . Отсюда сила катушки равна F M = F – P. Вычтите из F cp вес гвоздя Р и результат запишите в колонку «Магнитная сила».

Номер

Сила тока I, А

Показания динамометра F, Н

Средняя сила F cp , Н

Магнитная сила F M , Н

10. Повторите опыты дважды с другими силами тока и заполните оставшиеся ячейки таблицы.

I,A 1. Постройте график зависимости магнитной силы F M от силы тока I .


скорости Оборудование ... лабораторные работы Новая лабораторная работа Тема 4 Лабораторная работа №6. Измерение естественного...

  • Авдеева исследовательские работы по экологии введение

    Автореферат диссертации

    Оценки скорости течения воды провести измерения скорости течения воды Оборудование : ... практикума, на уроках географии 7 класса в качестве лабораторной работы «Изучение... автомобилей отличается значительной неравномерностью в пространстве и времени...

  • План-конспект урока физики в 8 классе

    Тема: Лабораторная работа «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе». Цели урока : 1. Формировать у учащихся практические навыки работы с электрическими цепями. 2. Развивать познавательные процессы: память, логического мышления – через построение умозаключений, внимания – через умение анализировать, делать выводы, подводить итоги в ходе практической работы и при решении задач. 3. Дать возможность почувствовать свой потенциал каждому ученику.

    ХОД УРОКА

    I . Актуализация знаний, целеполагание. Поставим пред собою цель, чтобы после этого урока легко мог каждый измерять I , и U , рассчитывать работу и мощность электрического тока .Сегодня мы выполним работу по определению работы и мощности электрического тока. Каждый будет работать в своем темпе, поэтому кому-то удастся сделать меньше, кому-то – больше, но лабораторная работа – обязательна для всех.Отчет о результатах работы – оценивается.Повторение, подготовка к выполнению лабораторной работы.
    1. Что такое работа электрического тока? Как ее можно рассчитать? В каких единицах она измеряется? Что такое электрическая мощность? Как ее можно рассчитать? В каких единицах она измеряется? Какие вам известны способы измерения физических величин? Как бы вы предложили измерить силу тока и напряжение? Как включают в цепь амперметр и вольтметр?
    Итак, давайте наметим план выполнения работы. Предполагаемый ответ ученика: – Начертить схему электрической цепи. – Собрать электрическую цепь по схеме. – Измерить силу тока и напряжение. – Вычислить по формулам работу и мощность тока. – Вычислить мощность по показаниям на цоколе электрической лампочки. – Сравнить вычисления в двух случаях.

    II . Повторяем правила поведения на лабораторном уроке с последующей подписью в журнале по технике безопасности .

    И Н С Т Р У К Ц И Я

    по технике безопасности для кабинета физики

      Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя.

      Не приступайте к выполнению работы без разрешения учителя.

      Размещайте приборы, материалы, оборудование на своём рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

      Перед выполнением работы необходимо внимательно изучить её содержание и ход выполнения.

      Для предотвращения падения при проведении опытов стеклянную посуду закрепляйте в лапке штатива.

      При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. Не вынимайте термометры из пробирок с затвердевшим веществом.

      следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях. Не прикасайтесь и не наклоняйтесь к вращающимся частям машин.

      При сборке экспериментальных установок используйте провода с прочной изоляцией без видимых повреждений.

      При сборке электрической цепи избегайте пересечения проводов, запрещается пользоваться проводниками с изношенной изоляцией и выключателями открытого типа.

      Источник тока в электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Собранную цепь включайте только после проверки и с разрешения учителя.

      Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишённых изоляции. Не производите пересоединение цепей и смену предохранителей до отключения источника электропитания.

      Следите за тем, чтобы во время работы случайно не коснуться вращающихся частей электрических машин. Не производите пересоединений в электроцепях машин до полной остановки якоря или ротора машины

    III. На экране – возможный вариант оформления работы, которым ученики могут воспользоваться.

    Лабораторная работа № 7

    «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе»

    Цель работы: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы. Приборы и материалы: источник питания, низковольтная лампа на подставке, вольтметр, амперметр, ключ, соединительные провода, часы с секундной стрелкой.Рабочие формулы: P = U х I A = P х t .
    Выполнение работы 1 .Собираю цепь по схеме:
    2. Измеряю вольтметром напряжение на лампе: U = B 3. Измеряю амперметром силу тока:I = A 4. Вычисляю мощность тока в лампе:Р = Вт. 5. Засекаю время включения и выключения лампы: t = 60 c . По времени ее горения и мощности определите работу тока в лампе: А= Дж. 6. Проверяю, совпадает ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. На лампе мощность P = U х I = Вт В эксперименте = Вт Вывод: мощность лампы равна Вт, работа, совершенная током за минуту = Дж. Мощность, указанная на лампе и мощность, полученная в эксперименте не совпадают так как
    IV. Решение задач(для тех, кто справится раньше):
    1. В результате протягивания проволоки через волочильный станок ее длина увеличилась в 3 раза (при неизменном объеме). Во сколько раз изменились при этом площадь поперечного сечения и сопротивление проволоки? Ответ: В 3 раза площадь уменьшилась, а сопротивление увеличилось в 9 раз.
    2. Имеется два медных провода одинаковой длины. Площадь поперечного сечения первого провода в 1,5 раза больше, чем второго. В каком проводе сила тока будет больше и во сколько раз при одинаковом напряжении на них? Ответ: В 1 проводе сила тока будет больше в 1,5 раза, т.к. сопротивление этого провода меньше.
    3. Два провода – алюминиевый и медный – имеют одинаковую площадь поперечного сечения и сопротивление. Какой провод длиннее и во сколько раз? (удельное сопротивление меди - 0,017 Ом мм 2 /м, а алюминия - 0,028 Ом мм 2 /м) Ответ:Медный провод длиннее в 1,6 раза, т. к.удельное сопротивление меди меньше, чем алюминия в 1,6 раза.
      Подведение итогов урока:
    1. Какую цель ставили вы лично перед собой? Достигнута ли она? Оцените свою работу на уроке.

    На данном уроке мы будем рассматривать практическое применение полученных знаний на примере проведения лабораторной работы по физике с целью измерения удельной теплоемкости твердого тела. Мы познакомимся с основным оборудованием, которое будет необходимо для проведения данного опыта, и рассмотрим технологию проведения практических работ по измерению физических величин.

    1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру. Она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температуры воды и цилиндра сравняются.

    2. Затем нальем в калориметр холодную воду и измерим ее температуру.

    3. После этого поместим привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измерим установившуюся в результате теплообмена температуру (рис. 6).

    Рис. 6. Ход выполнения лабораторной работы

    Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен (рис. 7).

    Рис. 7. Теплообмен

    Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты:

    , где:

    Удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;

    Масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;

    Конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

    Начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .

    При остывании металлического цилиндра выделится количество теплоты:

    , где:

    Удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;

    Масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;

    Температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

    Конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .

    Замечание. В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.

    Как было указано ранее, в процессе теплообмена количество теплоты, полученное водой, равно количеству теплоты, которое отдал металлический цилиндр:

    Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

    Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:

    Масса воды в калориметре

    Начальная температура воды

    Масса цилиндра

    Начальная температура цилиндра

    Конечная температура

    Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .

    Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.

    Список литературы

    1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
    2. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
    3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
    1. Интернет-портал «5terka.com» ()
    2. Интернет-портал «k2x2.info» ()
    3. Интернет-портал «youtube.com» ()

    Домашнее задание

    1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?
    2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?
    3. *Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.