fizika_668

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. В. ДАЛЯ РУБІЖАНСЬКИЙ ФІЛІАЛ ІНЖЕНЕРНО-ЕКОНОМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ ФІЗИКИ ТА ТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ

ФІЗИКА

Лабораторні роботи

2006

2

Фізика. Лабораторні роботи / Укладачі: Журавльов Б.І., Климаш А.О. – Рубіжне: РФСНУ ім. В.Даля, 2006.– 94 с.

У методичних вказівках наведені описи лабораторних установок, порядок виконання лабораторних робіт, список літератури, розглянуті погрішності вимірювань і методи їх розрахунку.

Затверджено кафедрою ЗФТМ

Протокол № 10, 27 июня 2006 р.

Зав. кафедрою ЗФТМ ______________/ Овчаренко В.В./

Затверджено методичною радою РФ СНУ

Протокол № _____ , «____» ______________ 2007 р.

Голова методичної ради ___________________/ Тимошин А.С./

3

5

Введення

У методичних вказівках наведений стислий опис лабораторних робіт по всіх розділах фізики.

Теми лабораторних робіт і їх кількість приведені в п. 2.2 методичних вказівок [9], [10] або [11]. Теми лабораторних робіт не повинні виходити за межі програмних питань, що відносяться до відповідного модульного контролю і приведені в табл. 2.1 методичних вказівок [9], [10] або [11].

Перед виконанням першої лабораторної роботи в поточному семестрі викладач повинен провести інструктаж по охороні праці і техніці безпеки відповідно до інструкцій, які повинні бути в кожній лабораторії, з обов'язковим записом в журналі реєстрації в лабораторіях по дисципліні „Фізика”.

Підготовка до лабораторної роботи проводиться в час, який виділяється на самостійну роботу.

Основною вимогою при підготовці до лабораторної роботи і її виконанні є придбання навиків роботи з вимірювальними інструментами і приладами, засвоєння методів визначення пропонованих фізичних величин і постійних величин, а також засвоєння методів розрахунку погрішностей вимірювань.

Для оформлення лабораторного практикуму доцільно завести один зошит для лабораторних робіт, але допускається й на окремих скріплених аркушах.

До лабораторної роботи допускається студент, у якого в зошиті для лабораторних робіт підготовлений бланк звіту по лабораторній роботі і який розказав викладачу порядок виконання роботи. В бланку звіту необхідно записати:

–назву роботи;

–ціль роботи;

–схему або рисунок установки;

–розрахункові співвідношення, включаючи формули для розрахунку погрішностей;

–форми таблиць для запису результатів вимірів;

–координатні осі (якщо потрібно будувати залежності). Лабораторна робота вважається захищеною, якщо студент

виконав всі вимоги розділу “Порядок виконання роботи”.

В разделе 34 “Загальні відомості” розглянуті погрішності вимірювань і методи їх розрахунку.

6

1 Визначення густини тіл правильної геометричної форми

1.1 Мета роботи

Придбання навичок вимірів лінійних розмірів і обчислень густини тіл правильної геометричної форми, а також визначення відносної й абсолютної погрішностей.

1.2 Порядок виконання роботи

Перш, ніж приступити до зважування на технічних терезах, необхідно переконатися в правильній установці терезів.

Густина визначається по формулі:

= m/V, (1.1)

де m – маса тіла [кг], а V – його об'єм [м3].

1.2.1Визначити шляхом зважування маси паралелепіпеда, циліндра й кулі.

1.2.2За допомогою штангенциркуля або мікрометра виміряти лінійні розміри й розрахувати об'єми цих тіл.

1.2.3Розрахувати густини тіл по формулі (1.1).

1.2.4Вивести формули для розрахунку відносної й абсолютної погрішностей непрямих вимірів для всіх тіл і обчислити їх (див. розділ 34 “Загальні відомості”). Результати всіх вимірів і розрахунків записувати в таблицю 1.1.

Таблиця 1.1

Паралелепіпед

7

2 Визначення напруженості гравітаційного поля за допомогою приладу Атвуда

2.1 Мета роботи

Засвоїти метод визначення напруженості гравітаційного поля за допомогою приладу Атвуда

2.2 Схема й принцип дії приладу Атвуда

Принцип дії приладу Атвуда заснований на використанні законів вільного падіння тіл у повітрі. Через ролик, вмонтований на підшипнику таким чином, щоб він міг обертатися з можливо малим опором, проходить нитка із двома однаковими вантажами на її кінцях масою М кожний (рисунок 2.1). Якщо по одну сторону блоку (праворуч) додати невеликий вантаж масою m, то система (два вантажа маси М и вантаж масою m) буде рухатися прискорено під впливом сили тяжіння й пройде із прискоренням шлях h. На кільці К додатковий вантаж m буде відчеплений і далі вантажи М пройдуть шлях Н уже рівномірно. Міллісекундомер вимірює час t проходження вантажами М шляху Н, тобто час рівномірного руху. При складанні рівнянь руху передбачається, що сили тертя й маси ролика і нитки зневажливо

малі, а нитка нерозтяжна. Тоді сили натягнення ниток Fн1 = Fн2 = Fн. Формула для визначення прискорення вільного падіння

(напруженості гравітаційного поля Землі) g:

8

де m – маса додатковго вантажу [кг], М – маса одного з двох однакових вантажів [кг], Н – довжина шляху рівномірного руху [м], h

– довжина шляху руху з прискоренням [м], t – час рівномірного руху

[с].

2.3 Порядок виконання роботи

2.3.1 Вивести формулу для розрахунку шуканої фізичної величини за допомогою другого закону Ньютона. ([1] § 9 c. 53)

2.3.2 Записати в таблицю 2.1 значення М, m (вантажи m видає викладач).

2.3.3 Відрахувати по лінійці на колоні приладу шляхи прискореного h і рівномірного Н рухів великого вантажа (М+m) і занести їх у таблицю 2.1.

2.3.4 Підключити мережний кабель міллісекундомера до мережі живлення.

2.3.5 Нажати кнопку „СЕТЬ”. Переконатися в тім, що всі індикатори міллісекундомера висвічують нуль (у противному випадку віджати клавішу „СБРОС”) і світяться лампочки обох фотоелектричних датчиків.

2.3.6 На правий вантаж М покласти додатковий вантаж m. 2.3.7 Установити правий вантаж (М+m) так, щоб нижня грань

вантажа М співпала з рисою, нанесеною на верхньому кронштейні. 2.3.8 Нажати клавішу „ПУСК”. Рахунок часу повинен початися

в момент зняття додаткового вантажа m на кільці.

2.3.9 Прочитати на індикаторах міллісекундомера значення часу t рівномірного руху вантажів і занести його в таблицю 2.1.

2.3.10 «Обнулити» показання міллісекундомера, для чого віджати клавішу „СБРОС”.

2.3.11 Пункти 2.3.7 2.3.10 повторити 5 разів.

2.3.12 Визначити середнє значення часу рівномірного руху на шляху Н по формулі

де N – число вимірів, ti – час в i-м вимірі [с], t – середнє значення часу [с].

2.3.13 Визначити g по формулі 2.1.

9

2.3.14 Розрахувати відносну й абсолютну ( g) погрішності визначення шуканої фізичної величини g методом логарифмічного диференціювання (див. розділ 34 “Загальні відомості”).

Таблиця 2.1

2.3.15Відповідь записати у вигляді: g = gсер g.

2.3.16Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити вірогідність експериментального визначення g і можливі причини погрішності при проведенні дослідів.

10

3 Визначення моментів інерції системи тіл за допомогою маятника Обербека

3.1 Мета роботи

Придбання практичних навичок по застосуванню законів обертального руху, ознайомлення з маятником Обербека й засвоєння фізичного змісту моменту інерції.

3.2 Схема й принцип дії маятника Обербека

Маятник являє собою інерційне колесо у вигляді хрестовини (рисунок 3.1). На чотирьох взаємно перпендикулярних стрижнях 1 кріпляться втулки (обертові вантажі масою m1 кожний), які в умовах експерименту можна прийняти за матеріальні крапки. На горизонтальній осі хрестовини є двоступінчастий диск 2, на який намотується нитка.

Один кінець нитки прикріплений до диска, а на іншому кінці нитки підвішений вантаж m. Під впливом падаючого вантажу нитка розмотується з диска й викликає обертальний рівномірно прискорений рух хрестовини. Міллісекундомер фіксує

час t проходження певного шляху Н вантажем m. Шлях Н фіксується між фотоелектричними датчиками.

Формула для розрахунку моменту інерції, який визначається експериментально