fizpr

КАФЕДРА РАДИОФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу общей физики

(для студентов технических специальностей всех форм обучения)

Рекомендовано на заседании кафедры Радиофизики

Протокол № 2 от 23.09.2010

Утверждено на заседании методсовета ДонГТУ

Протокол № 3 от 3.12.2010

Алчевск

ДонГТУ

2010

УДК 530.1

Лабораторный практикум по курсу общей физики (для студ. техн. спец. всех форм обуч.): Учеб. пособие /И.И. Антропов, Т.В. Бирюкова, Е.В. Буслаева и др.; под ред. В.В. Мурги. - Алчевск:

ДонГТУ, 2010. - 245 с.

Учебное пособие содержит теоретический материал и методику выполнения лабораторных работ по всем разделам курса общей физики. Основное внимание уделено приобретению навыков пользования измерительными приборами, вычислению погрешностей, обработке результатов и их графическому отображению. Лабораторный практикум призван помочь студентам усвоить и глубже понять основные законы общей физики и приобрести опыт постановки и проведения экспериментальных исследований.

Авторы:	И.И. Антропов, ассист.,
	Т.В. Бирюкова, доц.,
	Е.В. Буслаева, ассист.,
	С.Д. Кузьминова, доц.,
	Е.В. Мурга, ст. преп.,
	В.В. Мурга, доц.,
	Н. И. Русанова, доц.
Ответственный за выпуск	С.Д. Кузьминова, доц.
Ответственный редактор	В.В. Мурга, доц.

2

СОДЕРЖАНИЕ
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
1. Порядок подготовки и выполнения лабораторных работ................	6
2. Правила по технике безопасности при выполнении лабораторных
работ..........................................................................................................	8
3. Измерительные приборы.....................................................................	9
4. Обработка результатов измерений ....................................................	12
4.1 Измерение физических величин.........................................................	12
4.2 Гистограмма и ее построение.........................................................	14
4.3 Нормальное распределение и его характеристики ........................	16
4.4 Расчет случайной погрешности по методу Стьюдента..............	18
4.5 Порядок расчета погрешностей прямых измерений .....................	20
4.6 Построение и оформление графиков...............................................	21
1. МЕХАНИКА
Лабораторная работа № 101
Изучение статистических погрешностей прямых измерений
физических величин ...............................................................................	23
Лабораторная работа №102	26
Изучение движения тел по наклонной плоскости ................................
Лабораторная работа № 103
Определение момента инерции махового колеса и силы трения
в опоре .....................................................................................................	33
Лабораторная работа № 104
Проверка основного закона динамики вращательного движения
на маятнике Обербека ............................................................................	40
2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Лабораторная работа № 201
Определение отношения Сp / Cv для воздуха методом
Клемана – Дезорма .................................................................................	48
3

Лабораторная работа № 202
Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса	......59
3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Лабораторная работа № 301
Определение основных параметров электроизмерительных
приборов. Проверка законов Ома для однородного участка цепи
и для полной цепи...................................................................................	66
Лабораторная работа № 302
Исследование зависимости напряженности магнитного поля
в центре соленоида от силы тока в его обмотке ...................................	78
Лабораторная работа № 303	90
Определение удельного заряда электрона методом магнетрона........
Лабораторная работа № 304	99
Определение точки Кюри ферромагнетика...........................................
Лабораторная работа № 305	108
Изучение эффекта Холла ....................................................................
4. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Лабораторная работа № 401
Знакомство с работой электронного осциллографа.
Определение неизвестной частоты гармонического колебания
методом фигур Лиссажу ......................................................................	114
Лабораторная работа №402	122
Изучение затухающих колебаний в колебательном контуре ...........
Лабораторная работа № 403	132
Определение скорости звука методом резонанса .............................
5. ОПТИКА
Лабораторная работа № 501
Определение зависимости показателя преломления от
концентрации раствора ........................................................................	144
Лабораторная работа № 502
Определение радиуса кривизны линзы с помощью
интерференционных колец Ньютона .............................................	155
4

Лабораторная работа № 503
Определение длины световой волны с помощью
дифракционной решетки......................................................................	164
Лабораторная работа № 504
Изучение свойств поляризованного света.
Проверка закона Малюса.....................................................................	175
Лабораторная работа № 505
Изучение явления вращения плоскости поляризации
и определение концентрации раствора сахара...................................	186
Лабораторная работа № 506
Определение постоянной Стефана-Больцмана с помощью
оптического пирометра .......................................................................	195
Лабораторная работа № 507	207
Исследование внешнего фотоэффекта................................................
6. ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Лабораторная работа № 601
Изучение вольт-амперной характеристики
полупроводникового диода .................................................................	219
Лабораторная работа № 602
Изучение зависимости сопротивления проводников и
полупроводников от температуры .....................................................	228
7. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Лабораторная работа №701
Изучение спектра излучения атома водорода и определение
постоянной Ридберга............................................................................	236
Лабораторная работа № 702
Определение линейного коэффициента поглощения γ-лучей..........	244
Лабораторная работа № 703
Определение длины пробега α -частиц .............................................	250
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ .....................................................................	257
5

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1. Порядок подготовки и выполнения лабораторных работ

Основная задача физического лабораторного практикума заключается в приобретении навыков проведения физического эксперимента, усвоении методики обработки результатов, закреплении теоретического материала и в исследовательской проверке физических законов.

Целью физического практикума является практическое подтверждение теоретических положений курса физики, углубление и усовершенствование знаний, которые получены студентами на лекции.

Необходимое условие успешного прохождения практикума - своевременное изучение теории. Наилучшего усвоения знаний с наименьшей затратой сил и времени можно добиться, если лекционный материал прорабатывать в тот же день, когда прослушана лекция.

При подготовке к лабораторной работе студенту нужно:

1)выяснить, под каким номером значится его фамилия в лабораторном журнале, и по графику лабораторных работ определить номер очередной работы;

2)в читальном зале библиотеки в тетради для лабораторных работ написать инструкцию к лабораторной работе, используя "Методические указания к лабораторным работам по физике для студентов всех специальностей";

3)повторить теоретический материал по теме работы, используя список литературы, приведенный в "Методических указаниях", осмыслить цель и ход работы. При подготовке теории рекомендуется

6

ответить на контрольные вопросы, которые содержит инструкция.

К лабораторной работе допускаются студенты, получившие допуск к ее выполнению. Необходимым условием готовности является наличие в тетради инструкции к лабораторной работе, а достаточным - знание порядка выполнения работы.

Лабораторная работа считается выполненной, если:

1)сделаны все экспериментальные замеры и заполнены таблицы

влабораторной тетради;

2)выполнены все необходимые расчеты;

3)построены графики исследуемых зависимостей (если это предусмотрено инструкцией к выполнению работы);

4)выполнен расчет погрешностей;

5)записан в лабораторной тетради вывод, содержащий аналитический анализ полученных результатов;

6)результаты расчетов и вывод должны быть предъявлены преподавателю, который делает в журнале отметку о выполнении работы;

7)произведена защита теоретической части работы. Лабораторные работы защищаются и сдаются на занятии.

Защита лабораторных работ осуществляется каждым студентом индивидуально. Количество баллов, которые можно получить за защиту лабораторной работы, сообщается студентам на первой лекции или лабораторном занятии. Если студент не знает ответа на контрольные вопросы, ему дается дополнительная возможность подготовиться к защите на следующем занятии. Баллы, которые выставляются за лабораторную работу, при этом снижаются. После второй попытки защита лабораторной работы оценивается

7

минимальным баллом. Студент, который не защитил две и больше работы, к выполнению следующей работы не допускается.

Внимание! Ликвидация задолженностей по лабораторным роботам во время занятий не производится. Отработка пропущенных лабораторных работ осуществляется в свободное от занятий время, согласованное с преподавателем.

2. Правила по технике безопасности при выполнении

лабораторных работ

1)К выполнению лабораторных работ допускаются лица, которые прошли соответствующий инструктаж по технике безопасности и противопожарной технике в лаборатории.

2)Перед выполнением лабораторной работы необходимо тщательно ознакомиться с оборудованием, инструкцией и ходом лабораторной работы.

3)Взвешивание на технических и демпферных весах, измерения

сприменением микрометра и штангенциркуля, а также электрического секундомера нужно проводить согласно инструкциям к данным приборам.

4)Необходимо тщательно проверять надежность крепления всех механических деталей.

5)Запрещается, не зная устройства данного прибора или аппарата, вращать наружные ручки, переключатели, кнопки, даже если на этот прибор не подано напряжение.

6)Подключение источников питания к схемам без проверки преподавателем или лаборантом категорически запрещается.

8) Категорически запрещается при включенных источниках

8

питания трогать зажимы и оголенные места проводников, оставлять включенной лабораторную установку без надзора.

9) После окончания работы все регуляторы необходимо поставить в нулевое положение, приборы обесточить.

3. Измерительные приборы

Штангенциркуль

Штангенциркуль позволяет измерять линейные размеры тел, в частности диаметры внешних и внутренних отверстий. На металлической штанге А (рис. 1) с неподвижной ножкой В на конце нанесена основная шкала - сантиметровые и миллиметровые деления. Вдоль штанги может перемещаться рамка с нониусом С и подвижной ножкой D. Когда ножки В и D сталкиваются, нуль линейки и нуль нониуса должны совпадать.

Е А

Рисунок 1 - Штангенциркуль

Нониус является небольшой подвижной линейкой С со шкалой, количество делений которой m на одно меньше (m-1) количества делений шкалы масштабной линейки А (например, девяти делениям

9

основной шкалы соответствуют десять делений на нониусе).

Если а – цена деления нониуса, b – цена деления масштабной линейки, m- количество делений на нониусе, то связь между указанными делениями линейки и нониуса следующая:

am = (m-1)b.

Получаемая из этой формулы разность

b − a = b m

называется точностью нониуса, т.е. точность нониуса b/m равняется отношению цены наименьшего деления масштаба к делению на нониусе. Точность нониуса обычных штангенциркулей равняется 0,1 мм.

При измерении предмет зажимают между ножками, винтом Е фиксируют подвижную рамку и проводят отсчет. Длина измеренного предмета L равняется целому числу k мм масштабной линейки плюс десятые доли числа n. Число n показывает тот номер деления нониуса, который совпадает с некоторым делением масштабной линейки:

L = (kb + n b ) .

m

Микрометр

Микрометр (рис. 2) служит для измерения диаметров провода, небольшой толщины пластинок и так далее. Он имеет вид тисков, в которых измеряемый объект зажимается с помощью винта.

Ход винта равняется 0,05 мм. На винте расположен барабан В с нанесенной на него шкалой, которая имеет 50 делений. При одном

10