Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Лабораторный практикум для СПО
.pdf
61
sin
i
Blv
t
B
v
v
ти) в магнитном поле:
нитной индукции, - угол между вектором магнитной индукции
тором скорости
, l - длина проводника, находящегося в магнитном поле,
, где В - модуль вектора маг-
и век-
- модуль скорости перемещения проводника.
Механизм возникновения индукционного тока в проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды. А это означает, что ЭДС индукции имеет магнитное происхождение.
Ход работы:
Задание №1. Исследование условий возникновения индукционного
тока.
1. Катушку с током замкните на гальванометре при помощи проводов.
2. Продумайте и проведите всевозможные эксперименты с предложенны-
ми объектами с целью выявления условий возникновения индукционного
тока.
3. Сделайте вывод об условиях возникновения индукционного тока.
Задание №2. Выявление способов изменения направления и величины
силы индукционного тока
1. Повторите эксперименты, изменяя скорость и направление движения
проводника относительно магнита.
2. Отметьте величину и направление индукционного тока.
3. Проанализируйте результаты опытов и сделайте выводы.
Задание №3. Влияние характера движения постоянного магнита на
изменение величины и направления силы индукционного тока.
62
B
E
1. Продумайте и проведите всевозможные эксперименты с постоянным
магнитом и катушкой.
2. Отметьте величину и направление индукционного тока для каждого
опыта.
3. Проанализируйте результаты опытов и сделайте выводы.
Контрольные вопросы:
1. Продумайте о возможности применения полученных результатов в
практической жизни. Приведите примеры.
2. Попробуйте создать свою модель электрогенератора.
Лабораторная работа №24. Свойства электромагнитных волн
Цель: изучение свойств электромагнитных волн: затухание, поглощение и
отражение.
Оборудование: комплект для изучения электромагнитных волн: 2 индикатора электрического поля электромагнитной волны, лампочки на 2В и
держатель; генератор УВЧ (433.92 МГц); двухжильный провод для соединения генератора с потребителями тока УВЧ; стеклянный сосуд; вода; металлическое зеркало для демонстрации отражения.
Краткая теория
Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих
друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей.
Основными свойствами электромагнитных волн являются:
1)поглощение; 2)рассеяние; 3)преломление; 4)отражение; )интерференция; 6)дифракция; 7)поляризация.
Когда мы говорим, что магнитное и электрическое поле меняются, то
это означает, что меняются соответственно вектор индукции магнитного
поля
и вектор напряженности электрического поля
.
63
B
E
В электромагнитной волне именно векторы
и
периодически ме-
няются по модулю и по направлению, то есть колеблются.
Ход работы:
Задание №1. Затухание электромагнитных волн.
1. Продумайте и проведите различные опыты с приемным диполем, за-
пишите свои наблюдения.
Задание №2. Поглощение электромагнитных волн.
1. Расположите приемный диполь напротив излучающего диполя парал-
лельно ему.
2. Проведите опыты, доказывающие поглощение электромагнитных волн
различными веществами.
Контрольные вопросы
1. Что такое электромагнитная волна?
2. Каковы свойства электромагнитных волн?
3. Какие вектора рассматриваются в электромагнитной волне?
Лабораторная работа № 25. Наблюдение интерференции в установке
«Кольца Ньютона»»
Цель: наблюдение полос интерференции с помощью сборки «Кольца
Ньютона».
Оборудование: набор «Волновая оптика»: штатив, зажимы, рабочее поле,
сборка «Кольца Ньютона», линза.
Краткая теория
Сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное
во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется интерференцией.
При наложении двух когерентных волн (т.е. волн с одинаковой
частотой и постоянной разностью фаз) образуется так называемая
64
интерференционная картина, т.е. не меняющаяся со временем картина
распределения амплитуд колебаний в пространстве.
«Кольца Ньютона» наблюдаются, когда выпуклая поверхность линзы
малой кривизны соприкасается в некоторой точке с плоской поверхностью
хорошо отполированной пластинки, так что остающаяся между ними воздушная прослойка постепенно утолщается от точки соприкосновения к
краям. Если на систему падает пучок монохроматического света, то световые волны, отражѐнные от верхней и нижней границ воздушной прослойки, будут интерферировать между собой. При этом получается следующая
картина: в точке соприкосновения наблюдается чѐрное пятно, окружѐнное
рядом концентрических светлых и чѐрных колец.
Нетрудно рассчитать размеры и положение колец Ньютона, предполагая, что свет падает нормально к поверхности пластинки, так что разность хода, обусловленная толщиной прослойки , равна , где n – пока-
затель преломления вещества прослойки. В случае воздуха n можно считать равным единице. Толщина , соответствующая m-му кольцу, связана
с радиусом этого кольца и радиусом кривизны линзы R соотношением
Принимая во внимание различия в условиях отражения от верхней и
нижней поверхностей прослойки (потеря полуволны), найдѐм условие образования m-го тѐмного кольца:
– условие максимума интерференции;
– условие минимума интерференции.
65
Тогда, используя формулу толщины , выведем формулу радиуса m-го
кольца:
– радиус кольца при максимуме интерференции;
– радиус кольца при минимуме интерференции.
Ход работы:
1. Зарисуйте кольца в тетрадь.
2. Обратите внимание на взаимное расположение цветов в кольцах в от-
раженных и проходящих лучах.
Контрольные вопросы
1. Что такое интерференция?
2. Какого цвета кольца на экране? Как изменится картина, если на пути
луча поставить светофильтр (красный, зеленый)?
3. Какого цвета пятно в центре? Почему?
4. Как изменяются кольца при перемещении от центра к периферии?. Вы-
числите с помощью формулы радиус кривизны линзы для разных цветов.
Лабораторная работа №26 Наблюдение интерференции
с помощью бипризмы Френеля
Цель: наблюдение полос интерференции от бипризмы Френеля.
Оборудование: столик для графопроектора, штатив, зажимы, рабочее поле,
лазер, два угловых держателя, щель 0.3 мм, бипризма Френеля.
Краткая теория
Максимальная апертура перекрывающихся пучков соответствует
бесконечно удалѐнному экрану и определяется условием и
.
66
При экране, расположенном на конечном расстоянии, эта апертура не-
сколько меньше. Апертура интерференции несколько меньше
апертуры перекрывающихся пучков ( показано для центральной точки
поля М для экрана, расположенного на конечном расстоянии от ; для
других точек поля практически имеет тоже значение). Так как прелом-
ляющие углы бипризмы делаются очень малыми, для того чтобы обеспечить
малое расстояние и, следовательно, широкие полосы интерференции, то
практически апертура интерференции не отличается от апертуры перекрывающихся пучков. Поэтому расположение с бипризмой даѐт малое поле интерференции.
Ход работы:
1. С помощью предложенных приборов соберите установку (четкая кар-
тина во многом зависит от взаимного расположения щели и ребра бипризмы).
2. Проведите различные опыты: изменяйте расстояние между щелью, би-
призмой и экраном; изменяйте ширину щели.
3. Запишите наблюдения.
Контрольные вопросы
1. Измерьте ширину полос интерференции.
2. Какого цвета пятно в центре? Почему?
3. Что будет происходить, если изменять расстояние от источника до эк-
рана?
4. Объясните это явление.
Лабораторная работа №27. Наблюдение дифракции
с помощью дифракционной решѐтки
Цель: наблюдение дифракции с помощью дифракционной решѐтки.
67
Оборудование: столик для графопроектора, штатив, зажимы, рабочее поле,
щель 0,3 мм, дифракционные решѐтки, набор спектральных трубок.
Краткая теория
Дифракция – явление нарушения целостности фронта волны, вызван-
ное резкими неоднородностями среды. Дифракция проявляется в нарушении
прямолинейности распространения световых лучей, огибании волнами препятствий, в проникновении света в область геометрической тени.
Простейшим примером неоднородности среды является непрозрачный
экран с прямоугольным отверстием (щелью), имеющим ширину а, много
меньшую еѐ длины.
Возмущение в любой точке пространства является результатом ин-
терференции когерентных вторичных волн, излучаемых каждой точкой
фронта волны.
Площадь щели может быть разбита на ряд узких параллельных полосок равной ширины, каждая из которых представляет источник вторичных
волн с равной амплитудой. Эти волны когерентны, так как их фазы одинаковы: при нормальном падении волновой фронт совпадает с поверхностью
щели. Вторичные волны излучаются во все стороны. Однако результат их
интерференции зависит от разности хода между ними. В направлении, перпендикулярном плоскости щели, вторичные волны усиливают друг друга, так
как разность хода между ними равна нулю. Таким образом, возникает центральный нулевой максимум дифракционной картины в направлении, составляющем угол с первоначальным направлением падающей волны.
Если вторичные волны при интерференции попарно гасят друг друга, то
образуется дифракционный минимум.
68
Дифракционная решѐтка представляет собой совокупность большого
числа узких щелей шириной а, разделѐнных непрозрачными промежутками
шириной b. Величина d=a+b называется периодом решѐтки.
Предположим, что на дифракционную решѐтку падает плоская монохроматическая волна длиной . Каждая щель является источником когерент-
ных вторичных волн. Главные минимумы интенсивности оказываются такими же, как и для одной щели: те направления, по которым ни одна из щелей
не посылает света, не получает его и при нескольких щелях. Найдѐм условия,
при которых вторичные волны, идущие от различных щелей под углом а,
усиливают друг друга. Расстояние между соответственными источниками
и равно периоду решѐтки d, а разность хода между ними
. Если на этом отрезке укладывается целое число длин
волн, то волны от всех щелей, складываясь, будут усиливать друг друга.
Главные максимумы будут наблюдаться под углом , определяемым усло-
вием:
Ход работы
С помощью предложенных приборов соберите установку.
1. В качестве источника включите спектральную лампу.
2. Поворачивая дифракционную решѐтку вокруг своей оси, добейтесь
чѐткого изображения дифракционной картины.
3. Зарисуйте дифракционную картину для дифракционных решѐток с раз-
личными периодами и с источниками различных длин волн.
Контрольные вопросы
1. В чѐм отличие дифракционной картины для дифракционных решѐток с
различными периодами?
69
2. Опишите зависимость ширины дифракционной картины от периода
решѐтки.
3. Как зависит дифракционная картина от длины волны света, падающей
на решѐтку?
Тема 6. Строение атома и атомного ядра
Лабораторная работа №28. Исследование α-, β- распадов
на интерактивных моделях
Цель: изучение и особенности процессов α-, β- распадов, моделирование
процессов α-, β- распада.
Оборудование: ПК, интерактивные модели.
Краткая теория
При α-распаде ядро атома радиоактивного элемента излучает α -
частицу, превращаясь при этом в ядро атома другого химического элемента. Пример α -распада, в результате которой радий превращается в радон:
→ + .
Мы видим, что в результате вылета α-частицы ( ) из ядра атома
радия его заряд уменьшается на два элементарных заряда. В результате образуется ядро атома радона, зарядовое число которого на две единицы
меньше, чем у исходного ядра — радия. Зарядовое число каждого химического элемента совпадает с его порядковым номером в таблице Д.И. Менделеева. Значит, радон расположен на две клетки ближе к ее началу, чем
радий. Этот вывод можно распространить на другие химические элементы,
претерпевающие α-распад, сформулировав так называемое правило смеще-
ния для α -распада:
70
при α -распаде одного химического элемента образуется другой
элемент, который расположен в таблице Д.И. Менделеева на две клетки
ближе к ее началу, чем исходный.
Таким образом, правило смещения определяет взаимное положение
в таблице Д.И. Менделеева исходного элемента (претерпевающего радиоактивный распад) и элемента, образующегося в результате этого распада.
Правило смещения может быть сформулировано и для β-распада.
Но прежде нужно разобраться в том, какие процессы происходят внутри
ядра атома, излучающего β -частицу.
При β -распаде ядро атома радиоактивного элемента излучает электрон (или, что то же самое, β -частицу) и нейтральную частицу, называемую антинейтрино.
Откуда берется в положительно заряженном ядре, состоящем только из протонов и нейтронов, отрицательно заряженный электрон? Оказывается, что при определенных условиях нейтрон в ядре превращается в
протон, электрон и антинейтрино. Электрон и антинейтрино вылетают из
ядра, а протон остается. В результате число протонов в ядре увеличивается
на единицу. Следовательно, заряд ядра увеличивается на один элементарный заряд. Соответственно у атома, образовавшегося в результате β распада, зарядовое число (Z) и порядковый номер в таблице Д.И. Менделеева будут на единицу больше, чем у исходного атома.
Поэтому правило смещения для β -распада формулируется сле-
дующим образом:
при β -распаде одного химического элемента образуется другой
элемент, который расположен в таблице Д.И. Менделеева в следующей
клетке за исходным (т. е. на одну клетку ближе к концу таблицы).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]