- •Оглавление
- •Предисловие
- •Рекомендации преподавателям
- •Указания студентам
- •I. Электрическое поле и постоянный электрический ток. Лабораторная работа № 2.1 исследование электростатического поля методом зонда
- •1. Электростатическое поле и его характеристики
- •2. Изучение электростатических полей, созданных системой проводящих электродов
- •3. Изучение свойств электрического тока в изотропной среде
- •4 . Экспериментальные установки
- •5. Опытное определение эквипотенциальных точек и построение эквипотенциальных линий
- •6. Изучение электрических полей, созданных точечными и равномерно распределенными зарядами, с помощью электронного учебника «Открытая физика» и математического пакета Maple
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2 закон ома и правила кирхгофа для разветвленных цепей
- •1. Закон Ома
- •2. Правила Кирхгофа
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Проверка закона Ома для участка цепи и измерение внутренних сопротивлений источников тока
- •5.Нахождение токов в разветвленной цепи
- •6.Изучение темы «Правила Кирхгофа для разветвленных цепей» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.3 Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников
- •1. Электропроводность металлов
- •2.Электропроводность полупроводников
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Определение зависимости сопротивлений проводника и термистора от температуры
- •5. Вычисление энергии активации полупроводника
- •6. Изучение электропроводности твердых тел с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4 релаксационный генератор на основе тиратрона
- •1. Тлеющий разряд в газах
- •2. Газоразрядные приборы
- •3. Релаксационный генератор на основе тиратрона
- •4. Экспериментальная установка
- •5. Измерение потенциала зажигания и гашения тиратрона
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний секундомером
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний с помощью осциллографа
- •7. Измерение емкости батареи конденсаторов
- •8. Изучение квазистационарных процессов в rc-цепях с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •II. Магнитное поле. Лабораторная работа № 2.5 магнитное поле кругового тока
- •1. Закон Био-Савара-Лапласса и его применение для определения индукции магнитного поля кругового тока
- •2. Магнитное поле Земли
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли
- •5. Проверка закона Био-Савара-Лапласса
- •6. Изучение силовых линий магнитного поля с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.6 определение удельного заряда электрона
- •1. Сила Лоренца
- •2. Краткое описание тетрода 6э5п
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Методика определения удельного заряда электрона
- •5. Измерение удельного заряда электрона
- •6. Работа с компьютерной моделью движения заряда в магнитном поле
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.7 эффект холла
- •1. Эффект Холла и его теоретическое обоснование
- •2 Датчики Холла
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Градуировка датчика
- •5. Измерение индукции магнитного поля вдоль оси соленоида
- •6. Определение параметров датчика
- •Контрольные вопросы
- •III. Колебания и волны. Лабораторная работа № 2.8 Свободные механические колебания
- •1. Изучение гармонических колебаний математического и физического маятников
- •2. Ангармонические колебания физического маятника
- •3. Затухающие колебания физического маятника
- •4. Измерение периода малых колебаний математического маятника и определение ускорения свободного падения
- •5. Определение зависимости периода колебания физического маятника от амплитуды
- •6. Исследование затухающих колебаний.
- •7. Изучение темы «Свободные колебания математического маятника» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.9 изучение электронного осциллографа
- •1. Электронный осциллограф
- •2. Сложение двух колебаний одного направления и одинаковых или близких частот
- •3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •4. Использование осциллографа
- •5. Схема экспериментальной установки
- •6. Подготовка электронного осциллографа к работе
- •7. Измерение амплитуды, периода и частоты синусоидальных колебаний
- •8. Измерение периода биений
- •9. Определение сдвига фаз двух гармонических взаимно-перпендикулярных колебаний одинаковой частоты
- •10. Определения частоты колебаний по заданной частоте
- •11. Изучение квазистационарных процессов в rlc-цепях с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.10 Закон Ома для цепей переменного тока
- •1. Цепи переменного тока (краткая теория)
- •2. Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2. 11 стояЧие волны и определение скорости звука в воздухе
- •1. Звуковые волны
- •2. Звуковые волны в газах
- •3. Стоячие волны
- •3. Описание экспериментальной установки и выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •ПриложениЕ I. Таблицы физических величин
- •Диэлектрическая проницаемость
- •ПриложениЕ II. Некоторые сведения о единицах физических величин
- •Основные и производные единицы электрических и магнитных величин в си
- •Коэффициенты перевода внесистемных единиц в единицы си
- •Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Греческий алфавит
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Электромагнетизм, колебания и волны Учебное пособие для выполнения лабораторных работ
- •428000, Г. Чебоксары, ул. П. Лумумба, 8
3. Экспериментальная установка
Для изучения температурной зависимости проводников и полупроводников применяется установка, включающая в себя сосуд высотой около 15 см, водонагреватель (электрочайник), термометр, два омметра и кусочки льда. Медный проводник (в форме катушки) находится в водонепроницаемой тонкой оболочке на стержне. Термистор находится в прозрачной трубке. И термистор, и медный проводник подключены к омметрам с помощью соединительных проводов. Стержень и трубка опущены в сосуд, в который наливается вода. Температура воды измеряется термометром, измерение сопротивлений выполняется с помощью омметров. Температуру жидкости в сосуде (следовательно температуру проводника и полупроводника) изменяют от до . Перед выполнением работы необходимо приготовить кусочки льда (попросить у лаборанта) и нагреть воду с помощью водонагревателя до температуры ~60ºС.
4. Определение зависимости сопротивлений проводника и термистора от температуры
Выполните измерения в следующем порядке.
Налейте на дно сосуда слой холодной воды (примерно 3 см). Пустите в воду кусочки льда в таком количестве, чтобы в воде установилась температура (0-10ºС). Проводник, участок трубки с термистором и носик термометра полностью погрузите в воду. Подключите проводник и термистор к омметрам. Когда показания термометра и омметров установятся, внесите их в табл. 3.1.
Таблица 3.1
|
Проводник |
Термистор |
, ºС |
Т , К |
|
|
№ |
|
|
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
6-7 |
|
|
|
|
|
|
Добавляя воду из водонагревателя, повышайте температуру воды в сосуде примерно на 10 ºС и вносите результаты измерения сопротивлений проводника и термистора в табл. 3.1. При наполнении сосуда до краев слейте из него часть воды, оставив слой примерно в 3 см. Затем вновь добавляйте в сосуд воду из водонагревателя. Последнее значение температуры должно соответствовать максимальной температуре 50 - 60ºС.
Постройте график зависимости сопротивления проводника от температуры. По формуле (3.9) вычислите температурный коэффициент сопротивления , сравните его с (3.11).
5. Вычисление энергии активации полупроводника
Используя данные табл. 3.1, постройте на миллиметровой бумаге график .
Определите энергию активации с помощью формулы (3.15).
Примечание: Для построения графика удобно использовать табличные процессоры OpenOffice.org Calc, Microsoft Excel или программу научной графики MicroCal Origin 3.0.
Обработку данных с помощью программы научной графики MicroCal Origin 3.0 можно выполнить в следующем порядке.
Запустите программу щелчком по ярлыку на рабочем столе.
Внесите значения и в столбцы А и В рабочей области (рис. 3.5). После набора очередного числа нажимайте клавиши Tab или Enter.
Выделите столбец А щелчком по его заголовку и выполните команду вставки столбца: Column-Add New Columns… (Колонка-Добавить новую колонку, рис. 3.6).
Рис. 3.5. Ввод данных в таблицу в программе MicroCal Origin 3.0
Рис. 3.6. Вставка столбца в таблицу в программе MicroCal Origin 3.0
При выделенном столбце С выполните команду Data-Set Column Values (Данные-Установить значения в столбце, рис. 3.7). В диалоговом окне введите формулу для вычисления (рис. 3.8), укажите число строк (row number) и щелкните по кнопке Do it (Сделать это). Результат показан на рис. 3.9.
Рис. 3.7. Команда установки значений столбца таблицы в программе MicroCal Origin 3.0
Рис. 3.8. Ввод формулы для вычисления значений столбца таблицы в программе MicroCal Origin 3.0
Рис. 3.9. Вычисление в программе MicroCal Origin 3.0
Аналогично вставьте столбцы и формулы для вычисления и .
Выделите столбец со значениями и выполните команду Column-Set as X (Колонка-Установить как Х). Выделите столбец со значениями и выполните команду Column-Set as Y (Колонка-Установить как Y). Выполните команду построения графика Plot-Scatter.
Проведите через точки графика сглаживающую прямую (пример на рис. 3.3). В программе MicroCal Origin 3.0 для проведения сглаживающей прямой при выделенном графике выполните команду Fit-Linear Regression (Сглаживание-Линейная регрессия). Уравнение прямой и его коэффициенты будут выведены в окне Script Window.