- •Лабораторные работы по механике
- •Предисловие
- •Введение Место физики среди естественных наук и роль измерений в физике
- •Порядок работы в лаборатории
- •Виды физических измерений
- •Единицы измерения
- •I. Элементы теории погрешностей Ошибки измерения (погрешности) и причины их возникновения
- •Определение величины ошибки при прямых измерениях
- •Коэффициенты Стьюдента
- •Относительная ошибка
- •Пример записи результатов прямых измерений
- •Функция нескольких переменных (ошибки косвенных измерений)
- •Способы уменьшения ошибки измерения
- •Некоторые правила приближенных вычислений
- •Графическое представление результатов
- •II. Простейшие физические измерения Линейный нониус и штангенциркуль
- •Микрометрический винт и микрометр
- •Угловой нониус и оптический угломер
- •Технические весы
- •Аналитические весы
- •Электрические весы
- •Торсионные весы
- •Общие правила работы с весами
- •Лабораторная работа № 1 Проверка градуировки шкалы весов и определение их чувствительности
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 определение массы капли воды
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Измерение линейных и угловых размеров твердого тела
- •Форма отчета по лабораторной работе № 3
- •I. Измерения штангенциркулем
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение объема и плотности твердого тела
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Форма отчета по лабораторной работе № 4
- •II. Определение плотности твердого тела неправильной формы Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок взвешивания
- •Задание
- •Лабораторная работа № 7 изучение динамики поступательного и вращательного движения на установке
- •Теоретические основы работы
- •Определение ускорения поступательного движения груза на машине Атвуда
- •Определение момента сил трения в подшипнике блока машины Атвуда
- •Определение работы сил трения в машине Атвуда
- •Определение времени запаздывания при срабатывании фрикциона
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданиях
- •Данные установки и таблица результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 8 изучение законов сохранения при соударении двух шаров
- •Теоретические основы работы
- •Определение средней силы взаимодействия при ударе шаров равной массы
- •Определение массы одного из шаров при их неупругом соударении
- •Определение среднего момента относительно точки подвеса, создаваемого силой, возникающей при взаимодействии упругих шаров
- •8.3. Схема абсолютно упругого удара 8.4. Область существенного смятия при абсолютно упругом ударе двух шаров
- •Определение средней силы взаимодействия соударяющихся шаров по радиусу площади их смятия в момент соударения
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданииях
- •Данные установки и таблица результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 9 изучение динамики вращательного движения на крестообразном маятнике (маятник обербека)
- •Теоретические основы работы
- •Определение момента инерции грузов, находящихся на стержнях маятника Обербека
- •Определение момента инерции маятника Обербека с учетом сил трения в подшипнике маятника
- •Определение момента сил трения в подшипнике маятника Обербека
- •Определение отношения моментов сил, действующих на маятник Обербека при его движении, для случаев, когда нить намотана на шкивы радиусами r1 и r2
- •Проверка формулы для периода колебаний физического маятника на установке “Маятник Обербека”
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданиях
- •Данные установки и таблица результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 10 изучение плоского движения твердого тела с помощью маятника максвелла
- •Теоретические основы работы
- •Определение момента инерции маятника Максвелла
- •Отметим, что если нить не проскальзывает во время движения, то
- •Здесь Iв- момент инерции вала; Iд- момент инерции диска; Iк - момент инерции кольца. Проводя расчеты с использованием формулы для определения момента инерции
- •Определение моментов инерции элементов маятника Максвелла с использованием закона сохранения механической энергии
- •Определение средней силы натяжения нитей в момент «рывка» при движении маяника Максвелла
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданиях
- •Данные установки и таблицы результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 11 изучение крутильных колебаний на унифилярном подвесе
- •Теоретические основы работы
- •Определение момента инерции параллелепипеда методом крутильных колебаний
- •Изучение зависимости периода колебаний крутильного маятника от начального угла отклонения
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок проведения работы в заданиях
- •Данные установки и таблицы результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная № 12 Изучение колебаний физического и математического маятников
- •Теоретические основы работы
- •Определение ускорения силы тяжести с помощью оборотного маятника
- •Определение положения центра тяжести физического маятника
- •Экспериментальное определение момента инерции тела сложной формы методом малых колебаний
- •Проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера методом малых колебаний
- •Описание экспериментальной установки
- •Задание на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в задании
- •Данные установки и таблицы результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 13 определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу стокса
- •Теоретические основы работы
- •Описание установки. Вывод расчетных формул
- •Порядок выполнения работы
- •Данные установки и таблица результатов измерения
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа №14 сухое трение. Определение коэффициента трения скольжения
- •Краткие теоретические сведения
- •Динамический метод определения коэффициента трения скольжения
- •Энергетический метод определения коэффициента трения скольжения
- •Ход работы и обработка результатов измерения
- •Контрольные вопросы
- •Упражнение 1 Определение коэффициента трения скольжения
- •Описание установки
- •Измерения
- •Упражнение 2 Определение коэффициента трения качения
- •Принцип работы прибора. Подготовка к измерениям
- •Измерения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16 Определение ускорения силы тяжести при свободном падении тела
- •Природа сил. Классификация взаимодействий
- •Электромагнитные взаимодействия
- •Консервативные и неконсервативные силы
- •Теория метода и описание установки
- •Измерения и обработка результатов измерения
- •Фундаментальные взаимодействия Понятие силы
- •Контрольные вопросы
- •2 Способ.
- •Измерение и обработка результатов измерения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 18 изучение затузающих колебаний
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19 исследование свойств гироскопа
- •Перечень механических подузлов гироскопа грм-10 /рис.19.1/
- •Подготовка гироскопа к работе. Определение угла прецессии и расчет скорости прецессии гироскопа.
- •1. Проверить заземление прибора.
- •Исследование зависимости прецессии гироскопа от перемещения грузика
- •Приложение
- •Основные физические константы
- •Коэффициент внутреннего трения некоторых жидкостей
- •Литература
- •Содержание
Порядок работы в лаборатории
Лаборатория физического практикума по механике первая, с которой знакомятся студенты изучающие физику.
На первом занятии преподаватель знакомит студентов с основным значением лабораторных работ, объемом работ, которые должны быть выполнены, и последовательностью их выполнения. Список группы заносится в журнал учета выполнения лабораторных работ и журнал по технике безопасности.
Приступать к лабораторным работам можно после того, как все студенты будут ознакомлены с правилами техники безопасности в данной лаборатории и распишутся в получении инструктажа в соответствующем журнале.
Группа лабораторных работ, объединенная во «вводный цикл», нацелена на выработку навыка простейших физических измерений и оформления письменного отчета, усвоение элементов теории погрешностей.
Последовательность проведения лабораторных работ определяется специальным графиком. Студент получает возможность готовиться к каждой работе заблаговременно и приступать к ее выполнению, ознакомившись как с теорией вопроса, так и с необходимыми приборами и оборудованием.
Список вопросов, знание которых необходимо для допуска к выполнению работы, приводится в описании каждой работы вместе с краткими сведениями из теории и перечнем литературы. Знакомство с приборами и оборудованием осуществляется в лаборатории в отведенные для этого часы самоподготовки в присутствии лаборанта.
Каждым студентом должна быть заведена специальная тетрадь (общая) для выполнения лабораторных работ, в которую при подготовке заносятся краткие сведения из теории, схема опыта и полученные в дальнейшем результаты измерений, их обработка и конечный результат. Для записи результатов измерения должны быть заранее вычерчены таблицы, включающие как сами измеренные величины, так и рассчитанные величины и их погрешности.
Во время занятий в лаборатории студенту разрешается пользоваться только своим конспектом.
Каждое занятие начинается с проверки подготовленности студента к выполнению работы. Если студент не способен ответить на вопросы, знание которых необходимо для допуска, то он к работе не допускается и удаляется из лаборатории, что равносильно пропуску занятия по неуважительной причине. После допуска к работе студент должен получить у лаборанта под студенческий или читательский билет все необходимое для проведения работы.
Запрещается производить какие-либо включения электрических схем и приборов до их проверки лаборантом или преподавателем!
Все результаты измерения заносятся в вычерченные заранее таблицы. Не рекомендуется делать записи результатов в черновиках, т.к. всякое переписывание служит дополнительным источником ошибок.
После окончания работы студент должен сдать лаборанту полученные принадлежности, привести в порядок рабочее место, получить отметку в журнале о выполнении работы, предъявив для этого полученные результаты преподавателю.
Оценки по выполнению отдельных этапов заносятся в таблицу на первой странице рабочей тетради:
№ занятия |
№ работы
|
Допуск |
Выполнение |
Письменный отчет |
Теоретичес-кий отчет |
Максимальный балл |
Фактический балл |
Общая оценка |
Примечания | ||||
оценка |
дата |
оценка |
дата |
оценка |
дата |
оценка |
дата | ||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ниже таблицы делается следующая запись:
Студент(ка)……………………………….ФИО)…………группы…………курса ………………………………………………………факультета выполнил(а) в лаборатории механики………..лабораторных работ с общей оценкой ……...
Суммарный максимальный балл …………………...
Суммарный фактический балл ………………….
Процентное соотношение фактического и максимального суммарных баллов
Дата …………………..Подпись преподавателя ……………………………….
К следующему занятию студент не только готовит очередную работу, но и предъявляет отчет о выполненной на предыдущем занятии лабораторной работе. Работа считается окончательно сданной лишь после защиты отчета. Допускаемая задолженность по отчетам составляет не более 1 - 2 работ. Студент, не отчитавшийся за 3 работы, к выполнению последующих работ не допускается. О задолженности преподаватель сообщает на кафедру и в деканат.
В случае пропуска занятий студент должен готовить к следующему занятию, не пропущенную работу, а ту, которая должна быть на этом занятии по графику. Если работа пропущена по уважительной причине, то студент после сдачи допуска преподавателю может выполнить пропущенную работу в часы подготовки в присутствии лаборанта. Если причина пропуска неуважительна, то работа откладывается на конец семестра.
Во время работы в лаборатории у студента должна находиться лишь рабочая тетрадь, калькулятор, линейка, карандаш, миллиметровая бумага, авторучка. Портфели, сумки и т. п. оставляются при входе в лабораторию на специальном стеллаже.
Схема письменного отчета по выполненной лабораторной работе
Письменный отчет по лабораторной работе оформляется на отдельных листах. Это может быть двойной (и более) тетрадный лист или альбомные листы размера А4. Далее перечислены пункты, которые должен включать письменный отчет.
Титульный лист с указанием номера работы, группы, курса, факультета, фамилии, и., о. выполняющего работу студента.
Название работы. Этот пункт и следующие выполняются на развороте листа – второй странице.
Оборудование. Здесь указываются применяемые в ходе эксперимента установки и принадлежности, указываются марки приборов.
Цель работы. В инструкциях к некоторым лабораторным работам цель уже может быть сформулирована. В лабораторных работах, состоящих из нескольких сложных задач, обычно формулируется общая цель – студент должен выбрать то, что касается заданной ему конкретной задачи. В ряде работ цель необходимо сформулировать самостоятельно, так как тема работы и цель – это не одно и то же.
Краткие сведения из теории, схема установки и основные рабочие формулы. Здесь должны приводиться только те сведения из теории, которые позволяют обосновать данный эксперимент. В схеме установки должны выделяться элементы, касающиеся исследуемых явлений. Так, при изучении механических явлений не нужно изображать электронную схему установки, а только ее механическую часть. Схема установки должна быть наглядной и достаточной по размеру (не менее половины страницы). На ней должны быть обозначены основные элементы, названия которых указываются рядом со схемой установки. Рабочие формулы, представляющие собой расчетные формулы определяемых величин, должны быть выделены. Необходимо далее привести названия всех величин, входящих в эти формулы, их единицы измерения и единицу измерения определяемой величины.
Результаты измерений и расчетов, представленные в виде таблиц, включающих также и ошибки измеренных величин, и графиков. Далее приведен примерный вид таблицы:
№ опыта |
Измеренные величины: наименование, обозначение, единицы измерения, множитель |
Вычисленные величины: наименование, обозначение, единицы измерения, множитель |
Погрешности | |
Абсолютная, единицы измерения |
относительная | |||
1 |
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
Средние значения |
|
|
|
|
Ясно, что как измеренных, так и вычисленных величин может быть несколько. Погрешности также могут определяться как для одной величины, так и для нескольких. Если вводимое в таблицу число очень большое (или, наоборот, очень малое), то обычно вводится общий для всех значений экспоненциальный множитель (10n), выносимый к наименованию величины (см. образец таблицы).
Графики вычерчиваются на отдельных листах бумаги (желательно, миллиметровой).
7. Формулы расчета ошибок определяемой величины и их значение. В случае косвенных измерений определяемой величины должен быть приведен вывод формул для расчета погрешностей.
8. Окончательный результат, полученный после округления, с указанием округленной ошибки.
9. Заключениео достижении цели, поставленной в данной работе, анализ результата и величины погрешности.