Министерство образования и науки Российской Федерации
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
М.А. ЖУЖА, Е.Н. ЖУЖА, Г.П. ИЛЬЧЕНКО
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Лабораторные работы
Краснодар 2014
УДК 539.19 (075.8)
ББК 22.36 я 73
Ж 838
Рецензент
Доктор физико-математических наук, профессор
В.А. Исаев
Жужа, М.А.
Ж 838 Молекулярная физика: лабораторные работы / М.А. Жужа, Е.Н. Жужа, Г.П. Ильченко. Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2014. 43 с. 100 экз.
Приводятся описания шести лабораторных работ по молекулярной физике. Даются общие рекомендации по выполнению, оформлению и защите лабораторных работ. Приводятся краткие сведения по расчету погрешностей измерений.
Адресуется студентам физико-технических направлений.
УДК 539.19 (075.8)
ББК 22.36 я 73
Кубанский государственный
университет, 2014
Предисловие
Предлагаемое издание предназначено для студентов физико-технических направлений I курса, изучающих раздел «Молекулярная физика» в рамках общего курса физики.
Цель издания – помочь студентам освоить методику выполнения лабораторных работ в соответствии с требованиями вузовского уровня.
Учебно-методический материал представлен описаниями лабораторных работ. Кроме того, даются общие рекомендации по выполнению, оформлению и защите лабораторных работ. Студентам необходимы знания по математическому анализу для расчета погрешностей измерений. Полученные навыки выполнения физического эксперимента и обработки результатов измерений помогут успешно выполнять лабораторные практикумы по другим разделам физики.
Особенностью данного издания является то, что были специально отобраны 6 наиболее простых для выполнения лабораторных работ по изучению газов (2 работы), жидкостей (2 работы) и твердых тел (2 работы). Это связано с тем, что студенты в 1 семестре I курса впервые встречаются с вузовским физическим практикумом, лабораторные работы которого выполняются по всем разделам молекулярной физики, а не только по темам, изученным на лекциях. Это предполагает большой объем самостоятельной теоретической работы студентов. Поэтому учебный материал, оборудование и вычисления в лабораторных работах не должны быть слишком сложными. Кроме того, 6 лабораторных работ – это обычно то максимальное число работ, которое студенты могут успешно выполнить и защитить за 1 семестр, если физический практикум проводится по расписанию занятий 1 раз в 2 недели.
В описаниях лабораторных работ, сообщается только тот минимум теоретических сведений, без которого невозможны связное изложение экспериментальной методики и сознательная постановка опытов. Поэтому студенты должны заранее, до прихода в лабораторию, познакомиться с описаниями работ и изучить соответствующий теоретический материал.
Общие рекомендации
Физический практикум является неотъемлемой частью изучения курса общей физики в вузе, поскольку позволяет на практике применить полученные теоретические знания.
Каждая лабораторная работа должна восприниматься студентом как небольшое самостоятельное научное исследование, направленное на проверку теоретических положений.
Перед началом работы с помощью нескольких простых опытов, результат которых может быть надежно заранее предсказан, необходимо убедиться в исправности аппаратуры. В случае неисправности приборов или установки, надо немедленно сообщить об этом лаборанту или преподавателю.
Измерения должны проводиться с максимальной точностью. Если в наблюдениях получается больший разброс, лучше попробовать наладить установку, чем производить длинный ряд измерений.
Построение графиков и первые оценочные расчеты необходимо проводить по ходу эксперимента или сразу же после него. Это позволит исключить грубые промахи и при необходимости повторить измерения.
После выполнения лабораторной работы следует привести в порядок рабочее место, сдать лаборанту или преподавателю выданные приборы и оборудование.
Обработка результатов должна быть закончена до начала выполнения следующей работы. Промежуточные вычисления должны делаться с точностью, несколько превосходящей точность измерений, чтобы избежать внесения в расчеты дополнительных ошибок, связанных с округлением при вычислениях.
При оценке результатов измерений нужно быть уверенным в правильности собственного решения экспериментальной задачи, а не подгонять результаты к табличным данным или данным, полученным другими экспериментаторами.
Выполненная лабораторная работа оформляется в тетради в виде письменного отчета. Рекомендуется следующая форма записи результатов измерений и вычислений:
дата выполнения;
номер и название лабораторной работы;
цель работы;
приборы и оборудования (для каждого прибора необходимо указать цену деления шкалы, это необходимо для расчета погрешности измерений);
краткое изложение теории физического явления с основными формулами;
схема и описание экспериментальной установки;
описание методики проведения эксперимента;
таблицы экспериментальных измерений и расчетных величин (каждая строка или столбец таблицы должны иметь обозначение физической величины и её размерность);
экспериментальные и расчетные графики, причем на осях координат обязательно следует указать откладываемые величины и их размерность;
расчет искомой физической величины;
расчет абсолютной (и относительной) погрешностей измерений и вычислений;
окончательный результат работы, записанный в виде
х = хср х;
общие выводы по работе (анализируются полученные результаты, которые сравниваются с теоретическими или табличными данными, объясняются причины возможных расхождений; указываются физические величины, измерение которых вносит наибольший вклад в общую погрешность; предлагаются различные способы уменьшения погрешности измерений).
Оформленная лабораторная работа защищается на следующем лабораторном занятии в следующем порядке:
студент предъявляет преподавателю на проверку тетрадь для лабораторных работ;
– студент излагает основные теоретические положения, законы и уравнения, терминологию, методику измерений и приборы, окончательный результат работы, общие выводы по работе;
студент отвечает на контрольные вопросы и задания, имеющиеся в описании лабораторной работы;
студент отвечает преподавателю на дополнительные вопросы по теме лабораторной работы (практическое применение изученных физических эффектов и др.).