- •Лабораторний практикум
- •Модуль 1.Механіка Лабораторна робота № 1.1.Визначення залежності моменту інерції системи від розподілу її маси відносно осі обертання
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 1.2.Визначення динамічної в’язкості рідини методом стокса
- •Вказівки до виконання роботи
- •Вказівки до виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 1.3.Вивчення закономірностей руху маятника Максвела та визначення його моменту інерції
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 1.4.Вимірювання пружних характеристик матеріалів
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 1.5.Визначення коефіцієнта тертя кочення
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 1.6.Визначення швидкості кулі за допомогою балістичного маятника
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Модуль 2.Молекулярна фізика Лабораторна робота № 2.1. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин методом відриву кільця
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 2.2.Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл методом регулярного режиму
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи Спосіб 1
- •Спосіб 2
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 2.3.Перевірка основних газових законів
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 2.4.Визначення Cp/cv для повітря методом Клемана – Дезорма
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 2.5.Визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення твердих тіл
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Модуль 3.Електрика та магнетизм Лабораторна робота № 3.1. Вивчення розподілу потенціалу електростатичного поля
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.2. Визначення опору провідника за допомогою амперметра і вольтметра
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.3.Градуювання гальванометра
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.4.Градуювання термопари
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.5. Визначення горизонтальної складової індукції та напруженості магнітного поля землі
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.6.Вивчення магнітного поля короткого соленоїда
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.7. Визначення питомого заряду електрона методом схрещених полів
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.8. Визначення ккд трансформатора
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 3.9.Визначення індуктивності котушки і дроселя
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Модуль 4. Коливальні та хвильові процеси. Оптика Лабораторна робота № 4.1.Визначення параметрів згасання коливань фізичного маятника
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.2.Дослідження резонансних характеристик коливального контуру
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.3.Визначення швидкості звуку в повітрі методом стоячих хвиль
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.4. Вивчення роботи релаксаційного генератора
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.1. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми френеля
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.2.Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат
- •Вказівки до виконання роботи
- •Частина 1
- •Порядок виконання роботи
- •Частина 2
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5.3.Дослідження поляризованого світла
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Модуль 5.Фізичні основи квантової та ядерної фізики Лабораторна робота № 5.6. Визначення роботи виходу електрона з металів методом гальмування фотоелектронів в електричному полі
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 6.1. Визначення енергетичної ширини забороненої зони напівпровідника
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 6.2. Вимірювання вольт-амперної характеристики напівпровідникового випрямляча
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 6.3. Вимірювання світлової характеристики вентильного фотоелемента
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 7.1. Визначення активності радіоактивного препарату
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 7.2. Визначення коефіцієнта поглинання радіоактивного випромінювання різними матеріалами
- •Вказівки до виконання роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Список літератури
- •Додаток
Порядок виконання роботи
Увага! Доторкатись до схеми можна лише після повної розрядки конденсаторів.
Приєднати до схеми генератора кожний із конденсаторів з відомою ємністю Ci. Увімкнути джерело струму і визначити час для= 20…30 послідовних спалахів лампи. Обчислити період коливаньдля кожного конденсатора.
Повторити операції п. 1, складаючи батарею з трьох конденсаторів різної ємності Ci, приєднуючи їх спочатку паралельно, потім послідовно.
За формулами (4.4.4) та (4.4.5) розрахувати ємність батареї конденсаторів .
Обчислити добуток опору резистора на ємність конденсатораабобатареї конденсаторів /. За отриманими даними побудувати графік .
Обчислити кутовий коефіцієнт нахилу графіка: .
Результати вимірювань та обчислень записати в табл. 4.4.1.
Скласти батарею з паралельно та послідовно з’єднаних 2-3 конденсаторів (задається викладачем). Визначити час для= 20…30 послідовних спалахів лампи. Обчислити період коливаньта розрахувати ємність батареї конденсаторів за формулою (4.4.11).
Визначити теоретичну загальну ємність складеної батареї конденсаторів , використавши формули (4.4.4) та (4.4.5).
Результати вимірювань та обчислень записати до табл. 4.4.2.
Порівняти отримане експериментальне значення ємності з теоретичним значенням.
Таблиця 4.4.1
№ пор. |
,Ф |
,Ф (4.4.4) (4.4.5) |
ti, с |
Ni |
Tі, с |
,Ом |
, Ом·Ф | |
1 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
- |
|
|
|
| ||
3 |
|
- |
|
|
|
| ||
4 |
|
|
|
|
|
| ||
5 |
|
|
|
|
|
|
Таблиця 4.4.2
, Ф |
, с |
, с |
, Ф (4.4.11) |
, Ф (4.4.4), (4.4.4) | |
|
|
|
|
|
|
Контрольні запитання
Що таке автоколивання? Наведіть приклади автоколивальних систем.
Які коливання називають релаксаційними?
Зобразіть схему релаксаційного генератора та опишіть процеси, що в ньому відбуваються.
Що називають самостійним газовим розрядом? Сформулюйте умови виникнення самостійного газового розряду в газі.
Чи є гармонійними релаксаційні коливання? Поясніть чому.
Як змінюється з часом зарядний струм у колі?
Чи зміниться амплітуда релаксаційних коливань через зміну опору зарядного резистора?
Що визначає швидкість зарядки конденсатора?
Чому величина більша від?
Чи можна віднести релаксаційний генератор до автоколивальних систем? Поясніть чому.
Лабораторна робота № 5.1. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми френеля
Мета роботи: вивчити явище інтерференції світла, визначити довжину світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля.
Вказівки до виконання роботи
Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: плоскі та сферичні хвилі; хвильовий фронт; інтерференція світла; когерентність; способи одержання когерентного світла; інтерференційна картинка, умови утворення максимумів та мінімумів; різниця ходу променів.
Література: [1 §§ 153, 171-173,175; 2 §§ 119-121; 3 §§ 119,121; 4 §§ 171, 173, 174].
Визначення довжини світлової хвилі в цій роботі базується на інтерференції світла. Інтерференція– це явище перерозподілу інтенсивності світлового потоку в просторі внаслідок накладання когерентних хвиль, через що виникають стійкі максимуми та мінімуми освітленості. Для здійснення інтерференції світла потрібно отримати когерентні світлові пучки.Когерентність– це узгоджене протікання в часі декількох хвильових процесів, коли частоти коливань однакові, а різниця початкових фаз джерел світла залишається незмінною.
Природні джерела оптичного випромінювання складаються з великої кількості атомів, які випромінюють хвилі фактично незалежно один від одного. Крім того, атоми випромінюють достатньо короткі світлові імпульси тривалістю порядку ~ 10 нс з випадковими початковими фазами. Таке випромінювання атомів у вигляді окремих світлових імпульсів називають хвильовим цугом. Середня тривалість одного цуга – час когерентностіког , а відстань, яку проходить світло у вакуумі за час когерентності. Когерентність існує лише у межах одного цуга, а тому прилад зафіксує інтерференцію, коли оптична різниця ходу Δ між променями є меншою за довжину когерентності.
Існує також поняття просторової когерентності, тобто обмеження на спостереження інтерференції, яке виникає через поперечні розміри джерела. Внаслідок обмежень, пов’язаних із часовою і просторовою когерентністю, для спостереження інтерференції слід поділити хвильовий фронт на дві частини і звести їх потім у місці спостереження. У такому разі в одній точці накладаються два промені від одного й того самого атома. Ці промені когерентні, тому за різниці ходу між ними
, (m = 1, 2, 3…)
виникає максимум освітленості (інтерференційний максимум).
Якщо виконується умова
,
виникає мінімум освітленості (інтерференційний мінімум).
Прикладом того, яким чином поділяється хвильовий фронт, а когерентні промені сходяться в певній точці, є біпризма Френеля. Вона являє собою дві однакові призми з малим заломлюючим кутом, з’єднані основами (рис. 5.1.1). Біпризму Френеля освітлюють за допомогою вузької щілини, краї якої паралельні ребру біпризми. З рис. 5.1.1 випливає, що внаслідок заломлення у біпризмі за нею поширюються дві циліндричні світлові хвилі, що неначе виходять з уявних зображень щілинита. Оскільки ці пучки утворюються з одного фронту, вони є когерентними, а тому там, де вони перекриваються (заштрихована ділянка), спостерігається інтерференція.
Для розрахунку параметрів інтерференційної картини (рис. 5.1.2) розглянемо промені S1О1 таS2О1, що попадають у точкуО1екрана від кожного з джерелS1таS2.
b
L
Якщо взяти до уваги, що , то з рис. 5.1.2 випливає, що оптична різниця ходудорівнює:
, (5.1.1)
де – показник заломлення середовища.
Введемо позначення: S1S2 = b,SО = LаOO1 = d(рис. 5.1.2). Якщо різниця ходу становить ціле число довжин хвиль, тоді в точціО1на екрані буде спостерігатись інтерференційний максимум. Його координати для випадку спостереження в повітрі ():
, (5.1.2)
де – порядок інтерференційного максимуму,m = 1, 2, 3….
Інтерференційному мінімуму відповідає умова
. (5.1.3)
Шириною інтерференційної смуги називають відстань між сусідніми інтерференційними мінімумами:
. (5.1.4)
Таким чином, якщо відомі порядок інтерференційної смуги , відстаньвід неї до центра інтерференційної картини та відстань від щілини до екрана, то за відомої відстані між уявними джерелами відповідна довжина хвилі світла, що падає, становитиме:
. (5.1.5)
Величину можна виміряти за допомогою мікрометричної шкали окуляра.
Для визначення відстані bміж уявними джереламиS1таS2 пропонується скористатися лазером як джерелом світла з відомою довжиною хвилі червоного кольору= 630 нм. Для цього лазерний промінь треба пропустити крізь біпризму Френеля. В результаті на екрані можна буде спостерігати не одну світлову пляму, а дві (рис. 5.1.3).
З рис. 5.1.3 внаслідок подібності трикутників ВОО1таS1O1Sвипливає, що:
. (5.1.6)
За відомими з досліду значеннями ОВ та OO1можна визначити, за значенням– відстань між уявними джерелами b. Величинаbхарактеризує біпризму, тому вона одна й та сама і для випромінювання лазера, і для випромінювання лампи.
Для визначення довжини хвилі світла у видимому діапазоні в цій роботі використорують оптичну лаву (рис. 5.1.4), на якій розміщено послідовно: джерело світлаD(лампочка), щілинаC, біпризма ФренеляBF, окулярний мікрометрOK. Екраном, на якому отримують зображення інтерференційної картинки, є сітківка ока спостерігача (рис. 5.1.4).