fizika_668
.pdfМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. В. ДАЛЯ РУБІЖАНСЬКИЙ ФІЛІАЛ ІНЖЕНЕРНО-ЕКОНОМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ ФІЗИКИ ТА ТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ
ФІЗИКА
Лабораторні роботи
2006
2
Фізика. Лабораторні роботи / Укладачі: Журавльов Б.І., Климаш А.О. – Рубіжне: РФСНУ ім. В.Даля, 2006.– 94 с.
У методичних вказівках наведені описи лабораторних установок, порядок виконання лабораторних робіт, список літератури, розглянуті погрішності вимірювань і методи їх розрахунку.
Затверджено кафедрою ЗФТМ
Протокол № 10, 27 июня 2006 р.
Зав. кафедрою ЗФТМ ______________/ Овчаренко В.В./
Затверджено методичною радою РФ СНУ
Протокол № _____ , «____» ______________ 2007 р.
Голова методичної ради ___________________/ Тимошин А.С./
3
|
|
|
Зміст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стор. |
|
Введення |
|
|
|
|
|
5 |
|
1 |
Визначення густини тіл правильної геометричної форми |
6 |
||||||
2 |
Визначення |
напруженості |
гравітаційного поля |
за |
|
|||
допомогою приладу Атвуда |
|
|
|
|
7 |
|||
3 |
Визначення моментів інерції системи тіл за допомогою |
|
||||||
маятника Обербека |
|
|
|
|
10 |
|||
4 |
Визначення моменту інерції тіл за допомогою маятника |
|
||||||
Максвелла |
|
|
|
|
|
13 |
||
5 |
Визначення напруженості гравітаційного поля Землі за |
|
||||||
допомогою маятників |
|
|
|
|
16 |
|||
6 |
Визначення коефіцієнта тертя катання |
|
|
|
20 |
|||
7 |
Визначення коефіцієнта в'язкості рідини методом Стокса |
|
22 |
|||||
8 |
Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл |
|
24 |
|||||
9 |
Визначення універсальної газової постійної |
|
|
27 |
||||
10 |
Визначення відносини теплоємності газу при |
|
||||||
постійному тиску до його теплоємності при постійному |
|
|||||||
об'ємі |
|
|
|
|
|
29 |
||
11 |
Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини |
|
||||||
методом відриву кільця |
|
|
|
|
31 |
|||
12 |
Визначення коефіцієнта опору повітря |
|
|
|
34 |
|||
13 |
Визначення |
густини повітря |
задопомогоюматематичного |
|
||||
маятника |
|
|
|
|
|
37 |
||
14 |
Визначення |
електрорушійної сили |
елемента |
|
|
|||
компенсаційним методом |
|
|
|
|
39 |
|||
15 |
Визначеннятемпературного коефіцієнтаопоруметалу |
|
41 |
|||||
16 |
Визначення корисної потужності, що виділяється в колі, |
|
||||||
і ККД джерела постійного струму |
|
|
|
43 |
||||
17 |
Визначення чутливості електронного осцилографа |
|
45 |
|||||
18 |
Визначення |
питомого |
заряду |
електрона |
по |
|
||
відхиленню електронів у магнітному полі Землі |
|
50 |
||||||
19 |
Визначення питомого опору матеріалу дроту |
|
52 |
|||||
20 |
Визначення |
горизонтальної |
складової напруженості |
|
||||
магнітного поля Землі |
|
|
|
|
54 |
|||
21 |
Визначення |
ємності конденсатора, |
індуктивності |
|
||||
котушки й магнітної проникності магнетиків |
|
|
56 |
|||||
22 |
Визначення крапки Кюрі |
|
|
|
|
59 |
||
23 |
Зняття петлі гістерезису за допомогою осцилографа |
|
61 |
4 |
|
|
|
|
|
24 |
Визначення |
швидкості |
звуку за допомогою |
|
|
електронного осцилографа й звукового генератора |
|
63 |
|||
25 |
Визначення швидкості звуку в повітрі за способом |
|
|||
резонансу |
|
|
|
66 |
|
26 |
Визначення частоти генератора ультракоротких хвиль |
|
|||
методом стоячої електромагнітної хвилі |
|
68 |
|||
27 |
Визначення радіуса кривизни лінзи за допомогою кілець |
|
|||
Ньютона |
|
|
|
71 |
|
28 |
Визначення |
довжини світлової хвилі за допомогою |
|
||
дифракційних грат |
|
|
74 |
||
29 |
Визначення постійної Стефана – Больцмана |
|
77 |
||
30 |
Визначення постійної Ридберга по спектру атома водню |
81 |
|||
31 |
Визначення |
ширини |
забороненої |
зони |
|
напівпровідникового опору |
|
|
84 |
||
32 |
Визначення |
ширини |
забороненої |
зони |
|
напівпровідника оптичним методом. |
|
86 |
|||
33 |
Зняття |
вольтамперної |
характеристики |
|
|
напівпровідникового випрямляча |
|
|
88 |
||
34 |
Загальні відомості |
|
|
91 |
|
|
Список літератури |
|
|
94 |
5
Введення
У методичних вказівках наведений стислий опис лабораторних робіт по всіх розділах фізики.
Теми лабораторних робіт і їх кількість приведені в п. 2.2 методичних вказівок [9], [10] або [11]. Теми лабораторних робіт не повинні виходити за межі програмних питань, що відносяться до відповідного модульного контролю і приведені в табл. 2.1 методичних вказівок [9], [10] або [11].
Перед виконанням першої лабораторної роботи в поточному семестрі викладач повинен провести інструктаж по охороні праці і техніці безпеки відповідно до інструкцій, які повинні бути в кожній лабораторії, з обов'язковим записом в журналі реєстрації в лабораторіях по дисципліні „Фізика”.
Підготовка до лабораторної роботи проводиться в час, який виділяється на самостійну роботу.
Основною вимогою при підготовці до лабораторної роботи і її виконанні є придбання навиків роботи з вимірювальними інструментами і приладами, засвоєння методів визначення пропонованих фізичних величин і постійних величин, а також засвоєння методів розрахунку погрішностей вимірювань.
Для оформлення лабораторного практикуму доцільно завести один зошит для лабораторних робіт, але допускається й на окремих скріплених аркушах.
До лабораторної роботи допускається студент, у якого в зошиті для лабораторних робіт підготовлений бланк звіту по лабораторній роботі і який розказав викладачу порядок виконання роботи. В бланку звіту необхідно записати:
–назву роботи;
–ціль роботи;
–схему або рисунок установки;
–розрахункові співвідношення, включаючи формули для розрахунку погрішностей;
–форми таблиць для запису результатів вимірів;
–координатні осі (якщо потрібно будувати залежності). Лабораторна робота вважається захищеною, якщо студент
виконав всі вимоги розділу “Порядок виконання роботи”.
В разделе 34 “Загальні відомості” розглянуті погрішності вимірювань і методи їх розрахунку.
6
1 Визначення густини тіл правильної геометричної форми
1.1 Мета роботи
Придбання навичок вимірів лінійних розмірів і обчислень густини тіл правильної геометричної форми, а також визначення відносної й абсолютної погрішностей.
1.2 Порядок виконання роботи
Перш, ніж приступити до зважування на технічних терезах, необхідно переконатися в правильній установці терезів.
Густина визначається по формулі:
= m/V, (1.1)
де m – маса тіла [кг], а V – його об'єм [м3].
1.2.1Визначити шляхом зважування маси паралелепіпеда, циліндра й кулі.
1.2.2За допомогою штангенциркуля або мікрометра виміряти лінійні розміри й розрахувати об'єми цих тіл.
1.2.3Розрахувати густини тіл по формулі (1.1).
1.2.4Вивести формули для розрахунку відносної й абсолютної погрішностей непрямих вимірів для всіх тіл і обчислити їх (див. розділ 34 “Загальні відомості”). Результати всіх вимірів і розрахунків записувати в таблицю 1.1.
Таблиця 1.1
Паралелепіпед
m1, кг |
|
, м |
|
d1, м |
|
h , м |
V1, м3 |
1, |
кг/м3 |
1, кг/м3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Циліндр |
|
|
|
|
m2, кг |
|
d2, м |
|
H, м |
|
V2, м3 |
2, кг/м3 |
2, кг/м3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Куля |
|
|
|
|
m3, кг |
|
|
|
d3, м |
|
V3, м3 |
3, |
кг/м3 |
3, кг/м3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
2 Визначення напруженості гравітаційного поля за допомогою приладу Атвуда
2.1 Мета роботи
Засвоїти метод визначення напруженості гравітаційного поля за допомогою приладу Атвуда
2.2 Схема й принцип дії приладу Атвуда
Принцип дії приладу Атвуда заснований на використанні законів вільного падіння тіл у повітрі. Через ролик, вмонтований на підшипнику таким чином, щоб він міг обертатися з можливо малим опором, проходить нитка із двома однаковими вантажами на її кінцях масою М кожний (рисунок 2.1). Якщо по одну сторону блоку (праворуч) додати невеликий вантаж масою m, то система (два вантажа маси М и вантаж масою m) буде рухатися прискорено під впливом сили тяжіння й пройде із прискоренням шлях h. На кільці К додатковий вантаж m буде відчеплений і далі вантажи М пройдуть шлях Н уже рівномірно. Міллісекундомер вимірює час t проходження вантажами М шляху Н, тобто час рівномірного руху. При складанні рівнянь руху передбачається, що сили тертя й маси ролика і нитки зневажливо
малі, а нитка нерозтяжна. Тоді сили натягнення ниток Fн1 = Fн2 = Fн. Формула для визначення прискорення вільного падіння
(напруженості гравітаційного поля Землі) g:
8
g m 2 |
M |
H2 |
, |
(2.1) |
||
|
m |
|
|
2 h t 2 |
|
|
де m – маса додатковго вантажу [кг], М – маса одного з двох однакових вантажів [кг], Н – довжина шляху рівномірного руху [м], h
– довжина шляху руху з прискоренням [м], t – час рівномірного руху
[с].
2.3 Порядок виконання роботи
2.3.1 Вивести формулу для розрахунку шуканої фізичної величини за допомогою другого закону Ньютона. ([1] § 9 c. 53)
2.3.2 Записати в таблицю 2.1 значення М, m (вантажи m видає викладач).
2.3.3 Відрахувати по лінійці на колоні приладу шляхи прискореного h і рівномірного Н рухів великого вантажа (М+m) і занести їх у таблицю 2.1.
2.3.4 Підключити мережний кабель міллісекундомера до мережі живлення.
2.3.5 Нажати кнопку „СЕТЬ”. Переконатися в тім, що всі індикатори міллісекундомера висвічують нуль (у противному випадку віджати клавішу „СБРОС”) і світяться лампочки обох фотоелектричних датчиків.
2.3.6 На правий вантаж М покласти додатковий вантаж m. 2.3.7 Установити правий вантаж (М+m) так, щоб нижня грань
вантажа М співпала з рисою, нанесеною на верхньому кронштейні. 2.3.8 Нажати клавішу „ПУСК”. Рахунок часу повинен початися
в момент зняття додаткового вантажа m на кільці.
2.3.9 Прочитати на індикаторах міллісекундомера значення часу t рівномірного руху вантажів і занести його в таблицю 2.1.
2.3.10 «Обнулити» показання міллісекундомера, для чого віджати клавішу „СБРОС”.
2.3.11 Пункти 2.3.7 2.3.10 повторити 5 разів.
2.3.12 Визначити середнє значення часу рівномірного руху на шляху Н по формулі
|
1 |
N |
|
|
t |
ti , |
(2.2) |
||
|
||||
|
N i 1 |
|
де N – число вимірів, ti – час в i-м вимірі [с], t – середнє значення часу [с].
2.3.13 Визначити g по формулі 2.1.
9
2.3.14 Розрахувати відносну й абсолютну ( g) погрішності визначення шуканої фізичної величини g методом логарифмічного диференціювання (див. розділ 34 “Загальні відомості”).
Таблиця 2.1
М, кг |
m, кг |
h, м |
Н, м |
t, c |
g, м/с2 |
g, м/с2 |
|
|
|
|
|
|
|
2.3.15Відповідь записати у вигляді: g = gсер g.
2.3.16Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити вірогідність експериментального визначення g і можливі причини погрішності при проведенні дослідів.
10
3 Визначення моментів інерції системи тіл за допомогою маятника Обербека
3.1 Мета роботи
Придбання практичних навичок по застосуванню законів обертального руху, ознайомлення з маятником Обербека й засвоєння фізичного змісту моменту інерції.
3.2 Схема й принцип дії маятника Обербека
Маятник являє собою інерційне колесо у вигляді хрестовини (рисунок 3.1). На чотирьох взаємно перпендикулярних стрижнях 1 кріпляться втулки (обертові вантажі масою m1 кожний), які в умовах експерименту можна прийняти за матеріальні крапки. На горизонтальній осі хрестовини є двоступінчастий диск 2, на який намотується нитка.
Один кінець нитки прикріплений до диска, а на іншому кінці нитки підвішений вантаж m. Під впливом падаючого вантажу нитка розмотується з диска й викликає обертальний рівномірно прискорений рух хрестовини. Міллісекундомер фіксує
час t проходження певного шляху Н вантажем m. Шлях Н фіксується між фотоелектричними датчиками.
Формула для розрахунку моменту інерції, який визначається експериментально