- •Пермский государственный технический университет
- •Содержание
- •Список литературы
- •Обработка результатов измерений на примере задачи определения обьема цилиндра
- •Теоретические сведения
- •Погрешности прямых измерений
- •Погрешности косвенных измерений
- •Порядок обработки результатов измерений Прямые измерения
- •Косвенные измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Определение высоты цилиндра
- •Определение объема цилиндра
- •Маятник обербека
- •Краткие теоретические сведения
- •Момент инерции тела относительно оси
- •Момент силы относительно оси
- •Момент импульса тела относительно оси вращения
- •Основной закон динамики для вращательного движения
- •Описание установки и метода определения момента инерции
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Физический маятник
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание установки и метода определенияинерции тела
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование электростатических полей
- •Сведения из теории
- •Моделирование электрического поля и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение эдс источника тока компенсационным методом
- •Сведения из теории
- •Принцип работы потенциометра
- •Порядок выполнения работы
- •Определение магнитной индукции в межполюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы
- •Сведения из теории
- •Принцип действия прибора магнитоэлектрической системы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона
- •Сведения из теории
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Определение цены деления окулярной шкалы
- •Определение радиуса кривизны линзы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение явления дифракции света с помощью дифракционной решетки
- •Сведения из теории
- •Принцип Гюйгенса – Френеля
- •Метод зон Френеля
- •Дифракция Фраунгофера на одной щели.
- •Дифракционная решетка
- •Характеристики дифракционной решетки
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Определение длины световой волны лазерного луча
- •Определение ширины щели
- •Контрольные вопросы
- •Исследование фотоэлементов
- •Сведения из теории
- •Фотоэлементы с внешним фотоэффектом
- •Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом
- •Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики фотоэлементов
- •Применение фотоэлементов
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •1. Предельные приборные погрешности некоторых приборов
- •Коэффициенты Стьюдента
- •Пример обработки результатов прямого измерения
- •Пример обработки результатов косвенного измерения
- •5. Основные величины и единицы си
- •10. Некоторые физические постоянные
Контрольные вопросы
1. Физический маятник.
2. Уравнения колебаний физического маятника (дифференциальное уравнение и его решение).
3. Частота и период колебаний физического маятника.
4. Приведенная длина физического маятника.
5. Точка подвеса и центр качаний физического маятника.
6. Метод определения I в данной работе.
7. Порядок выполнения работы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Исследование электростатических полей
Цель работы: ознакомиться с методом моделирования электростатического поля с помощью электропроводной бумаги; исследовать электростатическое поле плоского и цилиндрического конденсаторов.
Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, вольтметр, электропроводная бумага, планшет с набором электродов, проводники, один из которых снабжен зондом.
Сведения из теории
Электростатическое поле (ЭСП) - форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными телами.
Основным свойством поля является его силовое действие на любой заряд, помещенный в поле.
Источником ЭСП является неподвижный заряд (заряженное тело).
Количественными характеристиками ЭСП являются напряженность и потенциал.
Напряженность поля - векторная физическая величина, характеризующая силовое действие поля в точке, численно равная силе, с которой поле действовало бы на положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля и по направлению совпадающая с направлением действия этой силы.
, (4.1)
здесь - сила, действующая на заряд+ q, помещенный в данную точку поля.
Таким образом, напряженность - это силовая характеристика поля. Единица напряженности - Н/Кл (В/м). Если напряженность поля во всех точках одинакова по величине и направлению, то поле называют однородным, в противном случае - неоднородным.
Потенциал поля в точке - это скалярная физическая величина, характеризующая энергетические свойства поля, численно равная потенциальной энергии положительного единичного заряда, помещенного в данную точку поля.
, (4.2)
здесь Wп - потенциальная энергия заряда +q, помещенного в некоторую точку поля. Единицей потенциала является В (Дж/Кл). Потенциал - энергетическая характеристика поля.
Потенциальная энергия, а вместе с ней и потенциал задаются с точностью до постоянной. Чтобы потенциал приобрел вполне определенное значение, надо придать ему некоторое значение в одной из точек поля. В физике принято считать = 0 в точке, удаленной бесконечно далеко от заряженного тела.
Надо, однако, помнить, что хотя для любой точки поля можно указать такую величину, как потенциал, ясный физический смысл имеет только разность потенциалов двух точек поля (1 - 2): она равна работе поля по перемещению единицы положительного заряда из одной точки (1) в другую (2). Измерить практически можно тоже только разность потенциалов. И, говоря об измерении потенциала, подразумевают измерение разности потенциалов двух точек, потенциал одной из которых условно принимается за нуль.
Из определения разности потенциалов двух точек поля следует, что работа поля по перемещению заряда +q из точки 1 в точку 2 может быть вычислена по формуле
А = q (1 - 2) . (4.3)
Электростатическое поле можно изобразить графически. Делается это с помощью линий напряженности (силовых линий) и эквипотенциальных поверхностей.
Линией напряженности называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением напряженности поля в этой точке (рис. 4.1 - сплошные кривые).
Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала (на рис. 4.1 пунктирные линии - линии пересечения этих поверхностей с плоскостью рисунка).
Так как работа поля по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю (1 = 2), то это значит, что линии напряженности в любой точке поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Напряженность и разность потенциалов поля связаны между собой. В общем случае эта связь выглядит так:
или . (4.4)
Здесь производная по расстоянию берется вдоль линии напряженности в направлении, совпадающем с направлением единичного вектора нормали n к эквипотенциальной поверхности. Из уравнений (4.4) видно, что вектор E всегда направлен в сторону уменьшения потенциала.
В случае однородного поля модуль вектора напряженности связан с разностью потенциалов соотношением:
, (4.5)
где А и В - потенциалы двух точек (А и В), лежащих на одной линии напряженности, а d - расстояние между этими точками.
Таким образом, зная закон изменения потенциала вдоль силовой линии, можно в любой точке поля определить напряженность поля, численное значение которой равно изменению потенциала на единице длины силовой линии. Отсюда следует еще одна единица измерения напряженности - B/м.