Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1 курс 1 ый семестр / физика / лабораторные / Двояшкин_М_Н___Черкасс_М_А___Двояшкин_Н_К___Кабиров_Р_Р___Мо«Механика_и_молекулярная_физика»_Лабораторный_практикум_по_д

.PDF
Скачиваний:
189
Добавлен:
15.05.2015
Размер:
1.09 Mб
Скачать

 

 

 

Министерство образования и науки Республики Татарстан

ка

 

 

 

 

 

Альметьевский государственный нефтяной институт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

Н.К. Двояшкин., Р.Р. Кабиров, А.А.Ушаков, И.М.Серикова,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

,

 

С.С. Морякова, З.З. Мухетдинова, Г.А. Хасанова, А.Х. Новиковае

 

 

 

 

 

 

М.Н. Двояшкин., М.А. Черкасс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по дисциплине «ФИЗИКА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механика и молекулярная физика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

н

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для бакалавров тех ических направлений подготовки

 

 

 

 

 

 

 

р

о

 

всех форм обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

к

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Альметьевск 2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УДК 53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

Под редакцией: д.ф.-м.н., профессора Двояшкина Н.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

Механика и молекулярная физика:

Лабораторный практикум по дисциплине

«Физика» для

бакалавров

технических

 

 

 

 

 

 

т

вс х

форм

направлений подготовки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

обучения. – Альметьевск: Альметьевский государственный неф яной институт,

2012.-112 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

В

практикум

входит 14

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

лабораторных работ: №1 «Прямые и косвенные

измерения»,

№2

«Определение

ускорения свободного

 

падения»,

№3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

«Определение момента инерции крестовины с помощью маятника Обербека»,

№4

«Определение

ускорения груза с

помощью

машины

Атвуда»,

№5

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

«Крутильный баллистический маятник», №6 «Изучение упругого и неупругого

соударений

шаров»,№7

«Изучение

затухающ х

 

колебаний

 

маятника

Максвелла»,

№8

«Определение

 

б

 

 

динамической

 

вязкости

коэфф ц ента

 

воздуха», №9 «Определение отношения удельных теплоемкостей газов

методом Клемана-Дезорма», №10 «Определение модуля упругости методом

изгиба» №11

ая

«Определение момента инерции твердых тел с помощью

трифилярного

подвеса», №12 «Измерение коэффициента трения качения с

помощью наклонного маятника» , №13 «Исследование собственных колебаний

струны методом резонанса», №14 «Измерение коэффициента поверхностного

натяжения жидкости»

 

 

н

 

 

 

 

Данный практикум составлен из лабораторных работ изданных ранее.

Издание 3-е, переработа

н

 

ое.

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

Печатается по решению учеб о-методического совета АГНИ.

Рецензенты:

т

р

 

 

 

 

 

 

 

Азанчеев Н.М. - к.ф.-м.н., доцент кафедры образовательных технологий в

 

 

 

к

 

 

 

 

 

физике инс и у а физике института физики КФУ

Гуревич В.М. - .г.-м.н., доцент кафедры геологии АГНИ

Э

л

е

 

 

 

 

 

© Альметьевский государственный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нефтяной институт, 2012

 

 

 

 

 

 

 

2

Вводное занятие

1)Работа в лаборатории проводится по графику, которыйтдоводяте кадо сведения студента на первом занятии. Задание выдаётся не менеео чем за неделю до его выполнения.

2)К работе допускаются студенты, подготовившиесяи предварительно к выполнению работы. Подготовленным к работе считается студент, знакомый с основными теоретическими положениями работы и порядкомл её проведения.

3)Перед началом каждой лабораторной работы студент обязан предъявить часть отчёта по предстоящей работе, включающей вбсебя:

а) титульный лист; б) список приборов и принадлежностей; и

в) ход (последовательность) выполнения ра оты; г) основные расчётные формулы, используемые для вычисления искомых

вработе величин; б

5)Для организации лаборнторныхая занятий каждая академическая группа делиться на 2 подгруппы. Число студентов в каждой подгруппе не должно превышать 15 человек. Еслин в группе по списку 15 и менее студентов, то она на подгруппы не делится.

6)Каждая лабораторнаяо работа выполняется бригадой, состоящей из 2-х (в порядке исключения из 3-х) студентов.

7)Собранную схемур м жно включать только с разрешения преподавателя или лаборанта.

8)За порчутаппа атуры студент несёт ответственность, в том числе и материальнуюк.

9)В ходе заня ий студент должен получить все необходимые данные, предъявитье их преподавателю на подпись и только после этого разобрать схему.

10)лПосле окончания работы студент должен привести в порядок рабочее место. Работа считается выполненной, когда студент произведёт все необходимыеЭ вычисления, начертит графики и сформулирует выводы. После того, как работа выполнена, она должна быть представлена к защите. Защита работ производится по графику.

11) Перед защитой лабораторной работы студент

должен предъявить

оформленный отчёт о работе. Отчёт о работе состоит из:

 

 

 

 

ка

 

 

 

 

 

а) титульного листа;

 

 

 

 

 

б) перечня приборов и принадлежностей;

 

 

 

 

 

в) основных расчётных формул с пояснением смысла величин, входящих

в них;

 

 

т

е

 

 

 

 

 

г) расчёта искомых величин;

 

 

 

 

д) таблицы данных опыта и результатам вычислений;

о

 

 

е) графиков;

 

 

 

 

 

 

 

ж) вычисления погрешностей;

и

 

 

 

з) выводов и анализа результатов.

 

 

 

Титульный лист оформляется по образцу. Отчёт заполняется чернилами.

л

 

 

 

 

 

Схемы и чертежи должны быть нарисованы аккуратно. Граф ки выполняются на миллиметровой бумаге. На координатные оси наносят обозначения величин,

единицы их измерения и шкалу численных значенийб в сог асии с выбранным

масштабом. Данные эксперимента наносят на график в виде кружочков (крестиков, квадратиков, треугольников и т.д., иесли проведено несколько серий

измерений). Между нанесёнными на график точками проводят непрерывную

плавную кривую,

которая проходит по возможности максимально близко к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

этим точкам так, чтобы с обеих сторон кривой находилось примерно

одинаковое количество точек.

 

 

 

 

В выводах следует ответить на вопросы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

а) справедливость каких законов подтверждают проведённые опыты?

 

б) измерение каких величин дало наибольшую ошибку, наименьшую?

 

в) как следует выполнять работу, чтобы ошибка результата была по

возможности наименьшей?

н

 

 

Во время работы в лаборатории студент обязан выполнять правила по технике

безопасности, что

фиксируется

подписью в книге инструктажа по технике

безопасности.

 

 

о

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

т

р

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Э

 

 

Правила техники безопасности

 

 

 

 

ка

1)

К работе в лаборатории физики допускаются лица,

 

 

 

 

 

 

 

прошедшие

2)

инструктаж по охране труда.

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

Лица, допущенные к работе в лабораториях физики, должны соблюдать

 

правила внутреннего трудового распорядка, расписание учебных занятий.

3)

Подготовить к работе необходимое оборудование и приборы, пров рить

 

их исправность, убедиться в наличии заземления электроус ановок.

4)

Тщательно проветрить помещение в лабораториях физики.

 

 

 

 

5)

Пребывание обучающихся в лабораториях кафедры физики разрешается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

только в присутствии преподавателя или лаборанта кафедры физики.

6)

Лабораторные работы, лабораторный практикум обучающиеся проводят

 

только в присутствии преподавателя физики или лаборантао .

 

 

 

7)

Запрещается пользоваться разбитой или треснутой стеклянной посудой,

 

применять приборы и устройства, не соответствующиеи

требованиям

 

безопасности труда, а также самодельные приборы. Не применять

 

оборудование, приборы, провода и ка ели с открытымил

токоведущими

 

частями.

 

 

 

 

работающб

 

 

 

 

 

 

 

8)

Не оставлять

без

присмотра

е

электронагревательные

 

приборы, запрещается пользоваться приборами с открытой спиралью.

9)

Все электрические приборы должны иметьи

указатели напряжения, на

 

которое они рассчитаны.

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10) Категорически запрещается применятьб

бензин

в качестве

топлива в

 

спиртовках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11) Для проведения лабораторных

работ

и

лабораторного

 

практикума

 

 

 

 

н

 

 

 

с надписью на их

панелях

 

запрещается выдавать студент м приборы

 

«Только для проведения опытов преподавателем».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

еисправности в работе

электрических

устройств,

12) При обнаружении

 

находящихся

под

 

апряже ием,

немедленно

отключить

источник

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

электропитания и сообщить преподавателю или лаборанту.

 

 

 

 

 

13) При коротком замыка ии в электрических устройствах и их загорании,

немедленно

р

тключить их от сети, сообщить о пожаре в ближайшую

 

пожарную часть и приступить к тушению очага возгорания с помощью углекислотного огнетушителя или песком.

14)

В случае, если

азбилась лабораторная посуда или приборы из стекла,

 

 

к

 

не собира ь их осколки незащищенными руками, а использовать для этой

цели щет у и совок.

15)

е

 

травмы оказать первую помощь пострадавшему,

При получениит

сообщить об этом лаборанту или преподавателю и в медпункт.

л

 

 

 

 

 

 

5

 

 

Образец титульного листа протокола лабораторной работы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

е

 

 

 

 

Альметьевский государственный нефтяной институт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КАФЕДРА ФИЗИКИ

л

и

о

 

 

 

ЛАБОРАТОРИЯ

 

 

МЕХАНИКИ И

 

и

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ РАБОТЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МОЛЕКУЛЯРНОЙ

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФИЗИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(дата, подпись

ФАМИЛИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОПУСК

 

лаборанта или

СТУДЕНТА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преподавателя)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(дата, подпись

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНЕНА

лаборанта или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преподавателя)

ГРУППА

 

 

 

 

 

н

н

ая

 

ЗАЧТЕНА

 

(дата, подпись

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

преподавателя)

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

(НАЗВАНИЕ РАБОТЫ)

 

 

 

 

 

 

 

 

е

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Альметьевск 20___г.

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ка

ПРЯМЫЕ И КОСВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

 

Цель работы: Определение линейных размеров разных тел с

т

 

использованием штангенциркуля и микрометра; нахождение массы тела с

помощью технических весов и определение плотности материала, из которого

изготовлено данное тело. Оценка погрешностей измерений.

о

е

Приборы и принадлежности: штангенциркуль, микрометр, весы и набор

 

и

разновесов, измеряемые предметы (стержень, диск, цилиндр, пластина).

л

 

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Измерить какую-либо величину - значит узнать, ско ько раз содержится в

ней однородная величина, принятая за единицуиизмерения.

На практике используют 2 вида змерен й: прямые и косвенные.

б

непосредственно

Измерения, при которых измеряемая вел ч на сравниваетсяб

со своей единицей, называются прямыми. При косвенных измерениях физическая величина определяется на основании формул, устанавливающих её связь с величинами, найденными прямыми измерениями.

Простейшими инструментами для измерения линейных величин являются

штангенциркуль и микрометр.

Измерение длины производят

масштабными

 

 

 

н

 

 

 

линейками. Величина наименьшего деления такой линейки называется ценой

одного деления. Часто це а деле ия линейки равна 1 мм/дел.

 

 

 

н

 

 

 

 

Для измерения длины с точ остьюаябольшей, чем цена деления инструмента

пользуются

вспомогатель ой

шкалой, называемой

нониусом. Нониусом

называется

о

 

 

 

обычный

масштаб и

специаль ая шкала, дополняющая

позволяющая повысить т чн сть измерений в 10 — 20 раз и представляет собой

 

 

 

 

 

р

вдоль основной шкалы измерительного

небольшую линейку, ск льзящую

инструмента.

т

 

 

 

л

е

к

 

 

 

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Точность нониуса определяется по формуле: b/m

 

(1)

 

 

ка

где b — цена деления основной шкалы масштабной линейки, m — число

делений на нониусе. Например: если b = 1 мм, m = 10, то точность нониуса

равна 0,1 мм.

е

 

Измерение при помощи нониуса производят следующим

образом: к

нулевому делению основной шкалы прикладывают один кон ц изм ря мого тела В, к другому концу тела — нониус (рис.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

о

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По рис.2 определяем длину тела В:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = k·b + ∆L

 

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где k

целое число делений масштабной л нейки в мм (b = 1 мм),

укладывающееся в измеряемой длине;

 

б

 

 

 

 

 

DL отрезок длины L , который представляетидоли миллиметра.

 

Если n1 -

деление нониуса совпадает с каким-то делением масштабной

линейки, то тогда

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

L=n1·b/m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

Из формул (2) и (3) находим искомую длину тела В:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = k·b + n1·b/m

 

 

 

 

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

Линейный нониус используется в штангенциркулях.

 

 

 

 

Штангенциркуль (рис.3) состоит из металлической миллиметровой линейки,

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

с одной стороны которой имеется неподвижная ножка В. Другую, подвижную

ножку D имеет н ниус С,

нк торая может перемещаться вдоль линейки А. Когда

ножки В и D соп икасаются, нуль линейки и нуль нониуса совпадают.

 

 

 

к

т

р

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длял

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

измерения линейных размеров предмета М, его помещают между

ножками.

Ножки затем

сдвигают до соприкосновения

с предметом и

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

закрепляют винтом Е. После этого делают отсчёт по линейке и нониусу, и вычисляют длину данного предмета по формуле (4).

винтовой нарезкой. Высота подъёма винтовой нарезки за один оборотка называется шагом микрометрического винта. Микрометрический винт

МИКРОМЕТРИЧЕСКИЙ ВИНТ. МИКРОМЕТР

Микрометрический винт представляет собой стержень, снабжённый точной

применяется в микрометре и позволяет проводить измерения с очностью до

сотых долей миллиметра.

 

 

е

Микрометр (рис. 4 и 5) состоит из двух основных частейт

: скобы и

 

и

о

 

микрометрического винта А, который проходит через отверстие скобы В с

внутренней резьбой. Против микрометрического винта, на скобе имеется упор

Е. На микрометрическом винте закреплён полый ци индр С с делениями по окружности. При вращении микрометрического винта барабан скользит по

линейной шкале, нанесённой на стебле D.

л

 

У многих микрометров цена деления линейной шкалы стебля b = 0,5 мм.

Верхние и нижние риски сдвинуты относ тельно другб

друга на полмиллиметра;

цифры поставлены только для делений нижней шкалы, т.е. нижняя шкала

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

представляет собой обычную миллиметровую шкалу (рис. 5).

 

 

 

 

 

ая

б

 

 

 

 

 

о

н

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

Для того, чт бы

 

микрометрический винт

передвинулся на 1

мм

р

 

2 оборота барабана

С.

Таким образом,

шаг

необходимо сделать

 

микрометрического винта равен 0,5 мм. У такого микрометра на барабане С имеется шкала, соде жащая 50 делений, т.е. шаг винта b = 0,5 мм, а число делений m = 50, поэ ому точность микрометра:

(вращениее

винта А производится только за головку М, так как в противном

 

 

т

b/m = 0,5/50 = 0,01 мм

 

 

 

 

При измерениях предмет помещают между упором Е и микрометрическим

винтом А (крис. 4). Затем вращают винт А за головку М до тех пор, пока

измеряемый

предмет не будет зажат между упором Е и концом винта А

Э

л

 

9

случае легко сбить совпадение нулей шкалы стебля D и барабана С). Численное значение L измеряемого предмета находят по формуле:

L = k·b + n·b/m

где — k число делений основной шкалы, b — цена наименьшего деления основной шкалы, m — общее число делений на шкале барабана (нониуса),

который в момент отсчёта совпадает с осью шкалы стебля D.

ка

ТОЧНОЕ ВЗВЕШИВАНИЕ

 

Для взвешивания тел пользуются разными весами ( хнич скими,

аналитическими и др.). Для взвешивания небольших тел с дос аточно высокой

о

т

е

 

точностью применяются аналитические весы (рис. 6). Основной частью аналитических весов является равноплечий рычаг (кор мысло) В—В, опорой которого служит ребро призмы «a», находящийся в серед не коромысла и

опирающийся

на пластинку, укреплённую наверху колонки А. На

концах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

коромысла имеются призмы «b—b», служащие д я подвешиванияи

чашек С—С.

Для определения положения коромысла

с ужит длинная

стрелка,

прикреплённая к его середине S.

 

б

и

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

н

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

D, находящейся

у основания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кон ц стр лки S движется перед шкалой

ко онки А. При горизонтальном положении

коромысла, стрелка

должна

Э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

необходимо

указывать на

среднее деление шкалы. В нерабочем состоянии

арретировать весы, т.е. опустить коромысло на призмы. Арретирование и освобождение коромысла производится посредством головки V.