Физика. Лабораторный практикум

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ 

ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И 

ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ 
 
ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ 
ГПС МЧС РОССИИ 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
Миловидова Т.А., Стыран А.М., Грибанова О.О. 
 
 
 
 
Физика. Лабораторный практикум 
 
Учебное пособие  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Железногорск 

2020

Допущено Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, 
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий в качестве 
учебного пособия для курсантов, студентов и слушателей образовательных организаций 
МЧС России

 
 

УДК  53 
ББК  22.3 
     
Авторы: Миловидова Татьяна Анатольевна, кандидат физ.-мат. наук; 
Стыран Анжелика Манцуровна, канд. техн. наук; 
Грибанова Ольга Олеговна,  преподаватель 
 
Рецензенты: 
 
Заведующий кафедрой Физико-технических основ обеспечения пожарной 
безопасности ФГБОУ ВО Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС 
России, доктор педагогических наук, профессор  Л.В. Медведева; 
 
Первый заместитель генерального конструктора АО «ИСС» им. академика 
М.Ф. Решетнева, кандидат технических наук   Ю.Г. Выгонский; 
 
Профессор кафедры естественнонаучных дисциплин ФГБОУ ВО Ивановской 
пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России, кандидат физикоматематических наук  Т.В. Пашкова. 
 
Миловидова Т.А., Стыран А.М., Грибанова О.О. Физика. Лабораторный 
практикум: учебное пособие / Т. А. Миловидова. – Железногорск: ФГБОУ ВО 
Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2020. – 101 с. 
 
Настоящее пособие предназначено для курсантов и студентов, 
обучающихся 
по 
направлениям 
подготовки: 
20.05.01 
«Пожарная 
безопасность» и 20.03.01 «Техносферная безопасность» в ФГБОУ ВО 
«Сибирская пожарно-спасательная академия» ГПС МЧС России и изучающих 
дисциплину «Физика». 
Лабораторный 
практикум 
содержит 
методические 
указания 
к 
выполнению работ по различным разделам курса физики. В каждой 
лабораторной работе сформулированы цели исследования, даны схема 
установки, подробное описание методики измерений с выводом расчетных 
формул, порядок выполнения и обработки результатов, контрольные вопросы. 
Рассмотрены требования к подготовке, оформлению, организации и 
защите лабораторных работ, приведен образец оформления лабораторной 
работы, необходимые справочные материалы. 
Учебное пособие рекомендовано для курсантов и студентов 1 и 2 курсов 
для подготовки и выполнения лабораторных работ по дисциплине «Физика».  
 
УДК  53 
ББК 22.3 
© ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 
2020 
© Миловидова Т.А., Стыран А.М., Грибанова О.О. 2020.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…….…………………………………………………………….…..…5

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Лабораторная работа № 1.1 Определение ускорения свободного 

падения с помощью математического маятника ………………………….…..6

Лабораторная работа № 1.2 Экспериментальная проверка законов 

динамики поступательного движения…..………………..………….………....10

Лабораторная работа № 1.3 Изучение законов вращательного 

движения. Экспериментальная проверка теоремы Штейнера ………………14

Лабораторная работа № 1.4 Измерение скорости пули с помощью 

маятника………………………………………………………………………….17

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Лабораторная работа № 2.1 Определение вязкости воздуха методом 

истечения из капилляра…………………………………………………………21

Лабораторная работа № 2.2 Изучение изопроцессов идеального газа..30

Лабораторная работа № 2.3 Определение отношения теплоемкостей 

газа методом адиабатического расширения…………...………………………34

РАЗЛЕЛ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Лабораторная работа № 3.1 Исследование электростатического 

поля…………………………………………………………………………….....40

Лабораторная работа № 3.2 Изучение процессов зарядки и разрядки

конденсатора …………………………………………………………………….43

Лабораторная работа № 3.3 Изучение закона Ома………..……………49

Лабораторная работа № 3.4 Исследование электропроводности 

металлов………………………………………………………………………….53

Лабораторная 
работа 
№ 
3.5 
Экспериментальное 
определение 

индуктивности соленоида………………………………………………..…….56

РАЗДЕЛ 4. ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН

Лабораторная работа № 4.1 Изучение колебаний физического

маятника…………………………………………………………………………60

Лабораторная работа № 4.2 Цепи переменного тока. Реактивные 

сопротивления……………………………………………………………………65

РАЗДЕЛ 5. ОПТИКА И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Лабораторная работа № 5.1 Поляризация света. Законы Малюса и 

Брюстера…………………………………………………………………..……..73

Лабораторная работа № 5.2 Внешний фотоэффект. Исследование 

характеристик фотоэлемента с внешним фотоэффектом……..……………...77

Список литературы……………………………………………………………82

Приложение А.  Требования к подготовке оформлению, организации и 
защите лабораторных работ ………………………………...………...……..…83

Приложение Б. Краткая теория погрешностей ………………………..……..87

Приложение В. Образец оформления отчета по лабораторной работе …….91

Приложение Г. Инструкция по технике безопасности ………………….…..96

Приложение Д. Справочные материалы…………………………………..… .99

Введение

При 
изучении 
курса 
физики 
немаловажное 
значение 
имеет 

лабораторный практикум. Выполнение лабораторных работ способствует 
углубленному осмыслению и усвоению основных теоретических положений, 
позволяет проверить научно-теоретические положения экспериментальным 
путём, знакомит с оборудованием и приборами, вырабатывает навыки 
решения 
практических 
задач 
и 
экспериментального 
исследования 

физических явлений и процессов.

При 
выполнении 
лабораторных 
работ 
курсанты 
и 
студенты 

накапливают опыт проведения эксперимента, учатся критически подходить к 
результатам 
проведенных 
экспериментов, 
оценивать 
погрешности 

измерений, получают необходимые навыки в пользовании измерительными 
приборами и электрооборудованием.

Учебное пособие «Физика. Лабораторный практикум» соответствует

программам обучения по дисциплине «Физика» для специальности 20.05.01 
«Пожарная безопасность» и направления подготовки 20.03.01 «Техносферная 
безопасность» в ФГБОУ ВО «Сибирская пожарно-спасательная академия» 
ГПС МЧС России.

Настоящее учебное пособие необходимо курсантам и студентам 1 и 2 

курсов для подготовки, выполнения и защиты лабораторных работ, оно
содержит методические указания к выполнению работ по различным 
разделам курса физики. В каждой лабораторной работе сформулированы 
цели исследования, даны схема установки, подробное описание методики 
измерений с выводом расчетных формул, порядок выполнения и обработки 
результатов, контрольные вопросы. 

Приложение содержит требования к подготовке, оформлению и защите 

лабораторных работ, образец оформления отчета по лабораторной работе,
необходимые справочные данные. Приведен список рекомендуемой учебной 
и дополнительной литературы.

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Лабораторная работа № 1.1

Определение ускорения свободного падения с помощью 

математического маятника

Цели работы:

1) изучение математического маятника: измерение   периода его 

колебаний и определение ускорения свободного падения;

2) оценка случайной и приборной погрешностей измерения; 

Требуемое оборудование:

1) Блок механический БМ1
1 шт;

2) Секундомер электронный СЭ1
1 шт;

Схема экспериментальной установки

Рисунок 1.1.1.

1 – штатив; 2 – нить; 3 – груз; 4 – секундомер; 5 – сантиметровая лента.

Описание методики измерений

Известно, что математический маятник представляет собой небольшой 

массивный груз, подвешенный на длинной легкой нити. При малых углах 
отклонения нити от вертикали колебания груза близки к гармоническим и их 
период Т определяется формулой

g
l
T

2

,                                                  (1.1.1)

где l – длина нити; g – ускорение свободного падения. Выразим из формулы 
(1.1.1) величину g:

2

2)
2
(

T

l
g


.                                                (1.1.2)

Таким образом, измерив длину нити и период колебаний маятника, 

можно опытным путем найти ускорение свободного падения. Для получения 
более точного результата следует измерять не время одного полного 
колебания (период) Т, а время нескольких (N) колебаний t. Учитывая, что 

N
t
T 
, преобразуем выражение (1.1.2) к виду

2

2)
2
(

t

l
N
g


.                                                (1.1.3)

Из формулы (1.1.1) следует, что при фиксированной длине нити l

период колебаний маятника Т представляет собой постоянную величину 
(g = const для данной географической точки). Поэтому при неоднократном 
измерении времени t одного и того же количества N колебаний, казалось бы, 
должен получаться неизменный результат. Однако даже при использовании 
сравнительно точного прибора (например, электронного секундомера) можно 
убедиться в том, что от опыта к опыту значение t изменяется то в большую, 
то в меньшую сторону. Различия в результатах измерения одной и той же 
величины объясняются случайными погрешностями. Изучение погрешностей 
является одной из главных целей данной лабораторной работы. 

Если при многократных измерениях количество колебаний N брать 

неизменным, то расчетную формулу (1.1.3) для определения ускорения 
свободного падения удобнее представить в виде

2t
С
g 
,                                                    (1.1.4)

где

C = (2N)2 l .                                               (1.1.5)

Порядок измерений и обработки результатов

Упражнение 1. Оценка погрешностей результата 25 измерений

1. С помощью сантиметровой ленты измерьте длину нити l, т.е. 

расстояние от точки подвеса до центра тяжести груза. Выразив величину l в 

метрах, по формуле (1.1.5) рассчитайте константу С (значение N
обычно 

берут равным 10) и запишите в тетрадь.

2. Переведите секундомер в режим № 4.
3. Выведите маятник из положения равновесия и отпустите. Помните, 

что максимальный угол отклонения нити от вертикали при этом должен быть 
малым (примерно в пределах 10).

4. Нажмите кнопку «пуск» на секундомере, измерьте время t, в течение 

которого он совершает N=10 полных колебаний.

5. Повторив описанные выше измерения 25 раз, заполните первые два 

столбца табл. 1.1.1

Таблица 1.1.1

Номер 
опыта

t, c
g, м/с2
 g, м/с2
( g)2, (м/с2)2

1
2

…
…
…
…
…

25

 =
 =

6. Для каждого опыта рассчитайте ускорение свободного падения по 

формуле (4); результаты расчетов занесите в третий столбец табл. 1.1.1

7. Изучите методику оценки случайной и приборной погрешностей 

измерения (см. приложение А).

8. Вычислите сумму полученных значений величины g и занесите 

результат в соответствующую ячейку таблицы. Рассчитайте среднее значение 
g и запишите его в тетрадь.

9. Для каждого i-го опыта найдите отклонение значения от среднего  

g
g
g
i
i



, а также квадрат отклонения (gi)2. Результаты расчетов 

занесите в два последних столбца табл. 1.1.1

10. Рассчитайте сумму квадратов отклонений и запишите ее в 

соответствующую ячейку. Вычислите среднеквадратичную ошибку .

11. Выберите из таблицы значение коэффициента Стьюдента tn, для 

n = 25 опытов и доверительной вероятности  = 0,95. Рассчитайте и запишите 
в тетрадь случайную погрешность измерения s g.

12. Определите 
абсолютные 
приборные 
погрешности 
прямых 

измерений длины нити  l и времени  t ; оцените относительные ошибки 

.
 
и
t
t
E
l
l
E
t
l





Запишите полученные значения в тетрадь и сравните их 

между собой.

13. Оцените 
абсолютную 
приборную 
погрешность 
косвенного 

измерения 
ускорения 
свободного 
падения 
 g. 
При 
необходимости 

используйте формулу

2
2
)
2
(
t
l
E
E
g
g




.

14. Оцените полную абсолютную  и относительную Е ошибки. 

Приведите точность вычисления среднего значения g в соответствие с 
найденной погрешностью. Запишите окончательный результат измерений.

Упражнение 2. Оценка погрешностей результата 5 измерений

1. Выберите из табл. 1.1.1 любые пять значений ускорения свободного 

падения g и перепишите их во второй столбец табл. 1.1.2.

Таблица 1.1.2

Номер 
опыта

g, м/с2
 g, м/с2
( g)2, (м/с2)2

1
2

…
…
…
…

5

 =
 =

2. Выполните пп. 8, 9, 10 упражнения 1.
3. Для доверительной вероятности  = 0,95 и числа опытов п = 5 

оцените случайную погрешность измерения s g.

4. Используя найденное в пп. 12 и 13 первого упражнения значение 

абсолютной приборной ошибки  g, найдите полную погрешность измерений 
и запишите окончательный результат.

5. По результатам проведенных измерений и расчетов сделайте 

выводы.

Контрольные вопросы:

1) Что такое абсолютная и относительная ошибки измерений?
2) Что такое случайная и приборная погрешности?
3) Дать определение доверительного интервала.
4) Каковы способы определения приборных ошибок?

Лабораторная работа № 1.2

Экспериментальная проверка законов динамики поступательного 

движения

Цели работы: 

1) Изучение основных законов поступательного движения;
2) Экспериментальное определение коэффициента трения;
3) Экспериментальная проверка второго закона Ньютона.

Требуемое оборудование:

1) Блок механический БМ2
1 шт;

2) секундомер электронный СЭ1
1 шт;

Схема экспериментальной установки

Рисунок 1.2.1

1 – наклонная плоскость;
2 – винт; 3 – шкала; 4 – брусок; 5 –

электромагнит; 6 – линейка; 7 – ограничитель движения бруска; 8 – блок; 9 груз; 10 – нить.

Описание методики измерений

Основной закон динамики (или второй закон Ньютона) выражает 

соотношение между силой F и ускорением a взаимодействующих тел:

F = ma,
(1.2.1)

где m – масса тела.

С помощью основного закона динамики можно определить силы, 

действующие на тело, либо характер движения (ускорение) по заданным 
силам. 

В данной лабораторной работе предлагается рассмотреть основной 

закон динамики на примере движения бруска массой m1 по наклонной 
плоскости (рисунок 1.2.2). Для создания силы тяги F1 на невесомую, 
нерастяжимую нить, перекинутую через невесомый, вращающийся с малым 
трением блок подвешен груз массой m2 . Груз под действием силы тяжести 
FТ2
опускается, 
натягивает 
нить 
и 
заставляет 
брусок 
скользить 

равноускоренно по поверхности наклонной плоскости вверх. На брусок 
будут действовать: сила тяжести FТ1= m1g, сила тяги F1, сила трения FТР, 
сила реакции опоры N. На груз будет действовать сила натяжения нити F2 и 
сила тяжести FТ2 = m2g.

Для описания движения бруска введем инерциальную систему отсчета, 

ось X1, которой сонаправим с ускорением a1, а ось Y1 – перпендикулярно к 
наклонной плоскости. Движение груза будем рассматривать относительно 
системы отсчета, ось X2 которой направим по направлению ускорения a2.
Запишем уравнения движения бруска и груза в векторной форме:

m1a1 = m1g +F1+FТР + N,
(1.2.2)

m2a2 = m2g + F2.

Рисунок 1.2.2

Для решения полученной системы уравнений необходимо знать 

коэффициент трения μ, входящий в формулу для определения модуля силы 

трения FТР = μN. Для нахождения этого коэффициента удобнее расположить 
наклонную плоскость под углом 00 к горизонту. В этом случае:

F1=m1( a1+μg),
(1.2.3)

F2=m2( g – a2).

Если считать, что блок невесомый и трение на оси блока отсутствует, 

то эти силы должны быть равны между собой по модулю. Поскольку нить 
нерастяжима, то ускорения также равны друг другу: a1= a2= a. Модуль 
ускорения a можно найти, зная длину пути L , пройденную бруском и время 
его движения:

.
2

2t
L
a 
(1.2.4)

Таким образом, решая уравнения (1.2.3), можно получить выражения 

для нахождения коэффициента трения скольжения:


.

1

2
1
2

g
m

m
m
a
g
m




(1.2.5)

Рассмотрим общий случай, при котором  угол наклона плоскости α не 

равен нулю. Систему уравнений (1.2.2) в скалярном виде можно представить:

m1a1 = F1 – m1g sinα – μm1cosα ,
(1.2.6)

m2a2 = m2g – F2.

Если выполняются условия F1=F2= F   и   a1= a2 = a, то  

2
1

1
1
2
cos
sin

m
m

g
m
g
m
g
m
a









(1.2.7)

Порядок измерений и обработки результатов

1. Ослабив винт 2, установите плоскость под углом 00 к горизонту. 

Поместите брусок 4 на наклонную плоскость в положении деревом вниз
(рисунок 1.2.1);

2. Переключите тумблер управления электромагнитами механического 

блока в положение «плоскость»;

3. Переведите секундомер в режим 1;