МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ
А.М.Никонов, Б.И.Сапрыкин, В.С.Сказка
ФИЗИКА
ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2004
УДК
ББК
Рецензент:
доктор физико-математических наук профессор В.И.Пшеницын
А.М.Никонов, Б.И.Сапрыкин, В.С.Сказка. Физика. Вопросы к лабораторным работам. - СПб: СПГУВК, 2004 г. – 31 с.
Приводится перечень всех лабораторных работ, имеющихся на кафедре физики СПГУВК, порядок их выполнения и оформления и список вопросов, задаваемых студентам на защите лабораторных работ.
Вопросы предназначены облегчить работу студентов в учебных лабораториях, подготовку к защитам лабораторных работ и для более полного усвоения теоретического материала по тематике этих работ.
Для студентов всех специальностей всех форм обучения.
УДК
ББК
Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, 2004 г.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение |
4 |
Порядок проведения лабораторных работ |
5 |
Перечень работ в учебных лабораториях кафедры |
|
физики |
7 |
Вопросы к лабораторным работам |
10 |
Механика и молекулярная физика |
10 |
Электромагнетизм |
15 |
Оптика, квантовая и атомная физика |
20 |
Приложение |
25 |
Практические способы вычисления погрешностей |
|
измерений |
25 |
Графическое представление результатов измерений |
28 |
Правила приближённых вычислений и записи |
|
результатов измерений |
30 |
3
ВВЕДЕНИЕ
В своей основе физика – экспериментальная наука. Её законы базируются на фактах, установленных опытным путём. Поэтому важным аспектом изучения физики в вузе является работа студентов в учебных лабораториях, где приобретается навык экспериментальной работы и в определённой мере осуществляется проверка некоторых теоретических закономерностей, излагаемых в курсах лекций.
Выполнение лабораторных работ студентами производится согласно определённым правилам, которые описаны в методических руководствах. Одним из требований при этом является оформление выполненных работ в виде протоколов. Правильное оформление говорит о понимании студентом теоретических закономерностей, лежащих в основе работы и об определённых экспериментальных навыках.
Важным звеном в прохождении лабораторного практикума является защита выполненных работ. Как правило, защиты проводятся после выполнения четырёх работ.
Настоящее руководство призвано облегчить студентам работу в лаборатории, процедуру защиты работ и сделать её более эффективной.
При измерениях физических величин возникает необходимость сравнивать измеряемые величины с эталонными. Так возникла систе-
ма единиц, постулирующая основные единицы измерения и образованные из основных производные единицы измерения. Основной в настоящее время является Международная система единиц (СИ).
Основными в СИ являются:
Метр (м)– длина пути, проходимая светом в вакууме за
1/(299792458) секунды.
Секунда (с) - время, равное 9.192.631.770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 (133Cs).
Килограмм (кг) – масса, равная массе международного прототипа килограмма (платиноиридиевого цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).
Ампер (А) – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, создаёт между этими проводниками силу, равную 2 10-7 Ньютона на каждый метр длины.
Кельвин (K) – 1/(273,16) часть термодинамической температуры тройной точки воды.
4
Моль (моль) – Количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12С.
Кандела (кд) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 1012 Герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Ватт/стерадиан (λ=556 нм, зелёный свет).
Дополнительными единицами в СИ являются радиан – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу и стерадиан – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на её поверхности площадь, равновеликую квадрату со стороной, равной радиусу сферы. Радиан и стерадиан являются безразмерными величинами.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Все лабораторные работы выполняются на специальных установках с помощью измерительных приборов. Перед началом работы необходимо обратить внимание на то, какие величины измеряются приборами данной установки, принцип действия приборов, пределы измерения, цену деления и точность измерения.
Для работы необходимо иметь тетрадь черновых записей, в ка-
честве которой рекомендуется использовать ученическую тетрадь в клеточку. В этой тетради конспектируются теоретические основы работы, методика проведения измерений, теоретические расчётные формулы и формулы вычисления погрешностей измерений, а также записи экспериментальных измерений и расчётов. В черновой тетради допускается построение графиков непосредственно на листах бумаги в клеточку. Выполнение каждой работы фиксируется подписью преподавателя в черновой тетради.
Оформление отчёта (протокола) о выполненной работе проводится в соответствии с определёнными правилами, подробно изложенными в методических указаниях по выполнению работ в лабораториях механики и молекулярной физики. Протокол выполняется на сдвоенном тетрадном листе в клеточку. В протоколе должны быть отражены следующие пункты:
1.Цель работы;
2.Основные понятия и закономерности;
3.Идея метода измерений и суть предлагаемой методики (включая схему экспериментальной установки и расчётные формулы);
5
4.Оценка погрешностей измерения (указать способ оценки погрешностей отдельных величин, привести оценочные формулы);
5.Таблицы экспериментальных данных и результатов расчёта;
6.Графики (обязательно на миллиметровой бумаге);
7.Окончательный результат с учётом погрешностей.
Титульный лист отчёта оформляется по следующей форме:
Группа …….
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № … (название работы)
Выполнил:
Проверил:
Дата выполнения работы
Все вычисления должны проводиться в СИ. Графики выполняются только на миллиметровой бумаге.
6
ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ КАФЕДРЫ ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРИЯ МЕХАНИКИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
1.Определение плотности тела цилиндрической формы.
2.Определение плотности твердого тела методом гидростатического взвешивания.
3.Определение ускорения свободного падения при помощи оборотного маятника.
4.Изучение законов вращательного движения при помощи маятника Обербека.
5.Определение моментов инерции тел методом крутильных колебаний.
6.Определение радиуса кривизны вогнутой поверхности методом катающегося шарика.
7.Определение коэффициента восстановления.
8.Определеие продолжительности и средней силы удара.
9.Определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника.
10 .Определение модуля Юнга металла методом одноосного растяжения.
11. Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении Ср и постоянном объеме Сv по методу Клемана и Дезорма.
12-а. Определение коэффициента поверхностного натяжения по методу отрыва кольца.
12-б. Определение коэффициента поверхностного натяжения по методу отрыва пузыря.
13.Измерение вязкости жидкости методом падающего шарика.
14.Определение вязкости воздуха и средней длины свободного пробега его молекул.
15.Исследование зависимости вязкости жидкости от температуры.
16.Определение модуля Юнга по прогибу.
17.Определение удельной теплоты кристаллизации и изменения эн-
тропии при фазовом переходе.
18.Определение коэффициента теплопроводности металла.
7