92

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

В.И. Грызунов, И.А. Ткачева, Т.И. Грызунова,

М.Ю. Минаков, Ю.М. Федькина, В.Н. Нежинская,

С.В. Кириленко, Е.Ю. Приймак, В.И.Полухина

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

(СПЕЦГЛАВЫ ФИЗИКИ)

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Орск 2007 г.

Содержание

Введение	3
Глава I. Механические свойства
1.1 Проверка законов движения на машине Атвуда.	11
1.2 Изучение собственных колебаний пружинного маятника.	21
1.3 Изучение законов вращательного движения при помощи крестообразного маховика.	32
1.4 Определение момента инерции стержня.	43
1.5 Определение скорости полёта пули баллистическим маятником.	49
1.6 Определение момента инерции махового колеса и силы трения в опорах.	55
1.7 Определение коэффициента вязкости жидкости.	61
1.8 Определение плотности воздуха при нормальных условиях и его молекулярной массы.	68
1.9 Определение отношений теплоёмкостей газа методом адиабатического расширения.	74
1.10 Определение модуля Юнга по растяжению проволоки.	81
1.11 Изучение явлений переноса в воздухе при комнатной температуре.	87
Глава II. Электрические свойства
2.1 Построение эквипотенциальных и силовых линий электростатического поля.	95
2.2 Измерение электрических сопротивлений мостиком Уитстона.	103
2.3 Изучение явления термоэлектронной эмиссии и определение работы выхода электрона.	112
2.4 Определение электроемкости конденсатора при помощи милликулонометра.	118
2.5 Определение электроемкости конденсатора мостиком Сотти.	124
2.6 Резонанс напряжения.	133
2.7 Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля при помощи Тангенс- буссоли.	144
2.8 Снятие кривой намагничивания ферромагнетика.	155
2.9 Определение удельного заряда электрона.	162
2.10 Изучение вакуумного диода и определение удельного заряда электрона.	172
2.11 Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа.	179
2.12 Градуировка амперметра и вольтметра.	194
2.13 Измерение мощности переменного тока и сдвига фаз между током и напряжением.	211
2.14 Изучение работы электронного осциллографа.	220
Глава III. Волновые процессы.
3.1 Определение показателя адиабаты по скорости звука в воздухе.	242
3.2 Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки.	250
3.3 Проверка законов освещенности при помощи фотоэлемента.	262
3.4 Изучение сериальных закономерностей в спектре водорода.	271
3.5Определение частоты обработанной поверхности с помощью микроинтерферометра Линника.	281
3.6 Определение длины световой волны при помощи бипризмы Френеля.	293
3.7 Определение концентрации сахара в растворе при помощи поляриметра.	299
3.8 Изучения явления поляризации света.	308
Приложения	318
Библиографический список.	322

Введение.

Физика - опытная наука. Лабораторный практикум призван выработать у студентов способность к самостоятельному установлению значения физической величины опытным путем, сравнивая ее с другой, подобной ей, принятой за единицу. Измерения бывают прямыми, если искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных, и косвенными, если искомое значение величины получают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

При проведении измерений появляются ошибки. Ошибки, зависящие от случайных причин и несовершенства органов чувств человека, называются случайными. Ошибки, которые зависят от постоянных причин и повторяются при всех измерениях, называются систематическими.

Иногда модуль и знак систематической погрешности известны. В этом случае легко внести в показания приборов соответствующую поправку. Однако чаще встречаются такие систематические погрешности модуль и знак которых неизвестны. Такие погрешности называются неисключенными систематическими погрешностями и должны быть оценены. Основной вклад в систематическую погрешность дают:

а) предел основной погрешности прибора θ_осн.

б) погрешность отсчитывания θ_отч.

Предел основной погрешности прибора θ_осн., как правило указывается в его паспорте. Эта погрешность определяется неточностью самого прибора. Кроме того, для ряда приборов указывается класс точности прибора. Класс точности показывает сколько процентов от верхнего предела измерений составляет основная погрешность

Зная и также можно найти θ_осн.

Погрешность отсчитывания θ_отч. равна половине цены наименьшего деления шкалы прибора.

При прямых измерениях вычисляется среднее значение из n измерений

Находятся погрешности отдельных измерений

Вычисляются квадраты погрешностей отдельных измерений .

Если одно (или два) измерения резко отличаются по своему значению от остальных измерений, то следует проверить, не является ли оно промахом.

Определяется средняя квадратичная погрешность результата серии измерений

Задаётся значение надёжности .

Определяется коэффициент Стьюдента для заданной надёжности и числа произведённых измерений n.

Рассчитывается абсолютная ошибка

Окончательный результат записывается в виде

.

Оценивается относительная погрешность результата серии измерений

Таким образом, обработку результатов прямых измерений проводят в следующем порядке:

1. Путем введения поправок исключают известные систематические погрешности из результатов измерений.

2. Вычисляют среднее арифметическое.

3. Рассчитывают среднее квадратичное отклонение.

4. Определяют наличие грубых погрешностей и промахов. В соответствии с законами математической статистики грубыми ошибками считаются те измерения, для которых

Соответствующие результаты отбрасывают и повторяют вычисления.

5. С помощью коэффициента Стьюдента вычисляют ошибки Δa.

6. Находят относительную ошибку.

Во многих случаях определяемая величина является результатом косвенных измерений. В таком случае для каждой серии измерений величин, входящих в определение искомой величины, проводится обработка, как описано выше. При этом для всех измеряемых величин задают одно и то же значение надёжности .

Находится выражение для абсолютной и относительной погрешностей искомой величины в соответствии с конкретным видом функциональной зависимости (см. табл.1 и 2).

Оцениваются границы доверительного интервала для результата косвенных измерений

где производные вычисляются при а = ,

Окончательный результат записывается в виде

.

Определяется относительная погрешность результата серии косвенных измерений