Зміст

Передмова 10

Модуль 1 12

1. Вступ до лабораторного практикуму. 12

1.1. Обробка результатів вимірювань, обчислення похибок, представлення даних у вигляді таблиць і графіків. 12

Лабораторна робота № 1.1 „Експериментальне визначення густини речовини”. 15

Теоретичні відомості та обґрунтування методики. 15

Порядок вимірювання та розрахунків. 16

Контрольні запитання. 16

2. Механіка твердого тіла 17

2.1. Обертальний рух твердого тіла. 17

2.1.1. Кінематика обертального руху матеріальної точки. 17

2.1.2. Динаміка. 18

Лабораторна робота № 2.1 „Вивчення законів динаміки обертального руху”. 21

Теоретичні відомості та обґрунтування методики. 21

2. Методика вимірювання. 21

Контрольні запитання. 22

Лабораторна робота № 2.2 „Визначення моментів інерції тіл”. 23

Порядок вимірювання та розрахунків: 24

Контрольні запитання. 24

Модуль 2 26

3. Електрика. 26

3.1. Електростатика. 26

3.2. Постійний електричний струм. 29

3.2.1. Закони постійного струму. 31

Лабораторна робота № 3.1 „Визначення ємності конденсатора по дослідженню кривої струму розряду”. 35

Порядок виконання роботи. 36

Порядок розрахунків. 36

Контрольні запитання. 37

Лабораторна робота № 3.2 „Вивчення методів вимірювання опору та визначення температури нитки лампи розжарювання”. 37

Порядок виконання роботи та порядок розрахунків. 38

Контрольні запитання. 39

Лабораторна робота № 3.3 „Дослідження залежності опору провідника від його довжини та визначення його питомого опору”. 39

Порядок виконання роботи та порядок розрахунків. 40

Контрольні запитання. 41

Лабораторна робота № 3.4 „Дослідження вольт – амперної залежності, потужності, температури нитки лампи розжарювання”. 41

Порядок виконання роботи та порядок розрахунків. 42

Контрольні запитання. 42

Лабораторна робота № 3.5 „Вивчення температурної залежності питомого опору металу електричному струму”. 43

Порядок виконання роботи та порядок розрахунків. 44

Контрольні запитання. 44

Модуль 3 46

4. Магнетизм. 46

4.1. Магнітне поле у речовині. 46

Парамагнетики. 46

Діамагнетики. 47

Феромагнетики. 49

Питання для самостійного контролю. 50

Лабораторна робота № 4.1 „Дослідження залежності магнітної проникності феромагнетика від напруженості зовнішнього поля”. 50

Порядок виконання роботи. 52

Контрольні запитання 52

Лабораторна робота № 4.2 „Дослідження кривої намагнічування феромагнетика методом амперметра та вольтметра”. 52

Порядок виконання роботи. 54

Контрольні запитання. 54

Лабораторна робота № 4.3 „Зняття петлі гістерезису та визначення Н_с, В_r та втрат методом електронного осцилографа”. 54

Порядок виконання роботи. 56

Контрольні запитання. 56

Питання для самоконтролю з теми “Магнетизм”. 56

Модуль 4 58

5. Коливання та хвилі. 58

5.1. Власні коливання. 58

Лабораторна робота № 5.1 „Дослідження згасаючих електромагнітних коливань”. 61

Порядок вимірювання та розрахунків. 61

Контрольні запитання. 62

5.2. Вимушені коливання. 62

5.2.1. Змінний струм, який тече крізь резистор з опором R (L  0, C  ) 62

5.2.2. Змінний струм, який тече крізь котушку індуктивності L (R  0, C  ) 62

5.2.3. Змінний струм, який тече крізь конденсатор ємністю С (R  0, L  0). 63

5.2.4. Коло змінного струму, яке має послідовно з’єднані резистор, котушку індуктивності і конденсатор. 63

5.2.5. Коло змінного струму, яке має паралельно з’єднані резистор, котушку індуктивності і конденсатор. 64

Лабораторна робота № 5.2 „Вивчення вимушених електромагнітних коливань”. 65

Порядок вимірювання та розрахунків. 66

Контрольні запитання. 67

5.3. Звукові і світлові хвилі. 67

5.4. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі. 68

5.5. Інтерференція світлових хвиль. 69

Лабораторна робота № 5.3 „Хвилі в пружних середовищах. Додавання хвиль. Стояча хвиля”. 71

Порядок вимірювання та розрахунків. 71

Контрольні запитання. 72

Лабораторна робота № 5.4 „Хвильові властивості світла. Інтерференція світла в тонких плівках”. 72

Порядок розрахунків. 74

Лабораторна робота № 5.5 „Хвильові властивості світла. Дифракція”. 74

Порядок розрахунків: 76

Модуль 5 78

6. Квантова фізика. 78

6.1. Теплове випромінювання. 78

Лабораторна робота № 6.1 „Визначення ступеня чорноти нитки лампи розжарювання”. 80

Порядок виконання роботи. 81

Контрольні питання. 81

6.2. Лінійчаті спектри атомів в газах. 82

Лабораторна робота № 6.2 „Визначення сталої Ридберга”. 84

Порядок виконання роботи. 85

Контрольні питання. 85

6.3. Фотоелектричний ефект. 86

Лабораторна робота № 6.3 „Визначення сталої Планка”. 87

Порядок виконання роботи. 88

Контрольні питання. 88

7. Елементи фізики твердого тіла. 89

7.1. Зонна теорія електропровідності. 89

Лабораторна робота № 7.1 „Визначення ширини забороненої зони напівпровідника”. 93

Порядок вимірювань . 94

Порядок розрахунків. 94

7.2. Випрямляння струму на p-n – переході. Напівпровідниковий діод. 94

Лабораторна робота № 7.2 „Дослідження напівпровідникового діода”. 96

Порядок вимірювань. 98

Порядок розрахунків. 99

Модуль 6 100

8. Молекулярна фізика і термодинаміка 100

8.1. Основні параметри та закони. 100

Лабораторна робота № 8.1 "Визначення відношення С_p/С_V повітря методом Клемана – Дезорма". 102

8.1.1. Теплоємності і внутрішня енергія моделі ідеального газу. 102

8.1.2. Методика вимірювань і розрахунків. 104

Порядок вимірів. 105

Порядок розрахунків: 105

Лабораторна робота № 8.2 „Визначення відносної й абсолютної вологості повітря”. 105

8.2.1. Методика визначення вологості. 106

Порядок вимірів. 107

Порядок розрахунків: 107

Лабораторна робота № 8.3 "Визначення питомої теплоти паротворення води". 108

8.3.1. Фазові переходи. 108

8.3.2. Методика вимірів та розрахунків. 110

Порядок вимірів. 111

Порядок розрахунків: 111

Лабораторна робота № 8.4 “Визначення коефіцієнта поверхневого натягу води”. 111

8.4.1. Молекулярна структура рідини і поверхневий натяг. 112

Порядок вимірів. 114

Порядок розрахунку. 114

Лабораторна робота № 8.5 "Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя повітря, середньої довжини вільного пробігу, середнього часу вільного пробігу й ефективного діаметра його молекул". 114

8.5.1. Нерівноважні процеси переносу. 115

8.5.2. Методика вимірів та розрахунків. 116

Порядок вимірів. 117

Порядок розрахунків: 117

Лабораторна робота № 8.6 “Визначення коефіцієнта теплопровідності твердого тіла”. 118

8.6.1. Процеси переносу в твердих тілах. 118

Порядок вимірів. 120

Порядок розрахунків: 120

9. Віртуальні лабораторні роботи з курсу фізики. 122

Лабораторна робота № 9.1 „Рівномірний рух тіла по колу”. 122

Завдання 122

Порядок виконання роботи 122

Контрольні питання і вправи 122

Лабораторна робота № 9.2 „Механічна робота і енергія”. 123

Завдання 123

Порядок виконання роботи 123

Контрольні питання і вправи 123

Лабораторна робота № 9.3 „Пружні і непружні взаємодії”. 123

Завдання 123

Порядок виконання роботи 124

Контрольні питання і вправи 124

Лабораторна робота № 9.4 „Кулонівська взаємодія точкових зарядів”. 124

Завдання 124

Порядок виконання роботи 125

Контрольні питання і вправи 125

Лабораторна робота № 9.5 „Рух заряду в полі плоского конденсатора”. 125

Завдання 125

Порядок виконання роботи 126

Контрольні питання і вправи 126

Лабораторна робота № 9.6 „Взаємні перетворення електромагнітної і механічної енергії”. 126

Порядок виконання роботи 127

Контрольні питання і вправи 127

Лабораторна робота № 9.7 „Магнитне поле струмів різної конфігурації”. 127

Завдання 128

Порядок виконання роботи 128

Контрольні питання і вправи 128

Лабораторна робота № 9.8 129

„Рух заряду в магнітному полі”. 129

Завдання 129

Порядок виконання роботи 129

Контрольні питання і вправи 129

Лабораторна робота № 9.9 „Вивчення електромагнітної індукції”. 130

Завдання 130

Порядок виконання роботи 130

Контрольні питання і вправи 130

Лабораторна робота № 9.10 „Поляризація світла. Закон Малюса”. 130

Завдання 131

Порядок виконання роботи 131

Контрольні питання і вправи 131

Лабораторна робота № 9.11 „Хвильові властивості електронів”. 131

Завдання 131

Порядок виконання роботи 132

Контрольні питання і вправи 132

Лабораторна робота № 9.12 „Дифракційна решітка”. 133

Завдання 133

Порядок виконання роботи 133

Контрольні питання і вправи 133

Лабораторна робота № 9.13 „Квантові частинки в потенціальному полі”. 133

Завдання 133

Порядок виконання роботи 134

Контрольні питання і вправи 134

Лабораторна робота № 9.14 134

„Ядерні перетворення”. 134

Завдання 134

Лабораторна робота № 9.15 „Робота газу. Цикл Карно”. 135

Завдання 135

Порядок виконання роботи 135

Контрольні питання і вправи 135

Література 136

Передмова

Тенденції сучасного розвитку Вищої школи висувають ряд вимог, яким повинне відповідати викладання фундаментальних дисциплін і, зокрема, фізики в ВНЗ технічної спрямованості, таких як Одеська державна академія холоду (ОДАХ). Гадане приєднання України до Болонської Хартії робить особливо актуальним рішення сукупності проблем, пов’язаних з переходом на кредитно-модульну форму навчання і контролю знань студентів. Здається важливим не лише використання можливостей, обумовлених введенням блочної структури формування базових знань, а й збереження того позитивного досліду викладання фундаментальних дисциплін, який був накопичений в попередні роки.

Підручник, який пропонується, покликаний сприяти рішенню цієї важливої задачі і повинен, хоч би частково, заповнити практичну відсутність навчально-допоміжної літератури, необхідної для самостійної роботи студента. Така відсутність неминуче виникає в результаті заміни традиційної форми викладання, коли семестр закінчувався іспитом (або заліком), і переходом до кредитно-модульної форми. На перший план в даному процесі виходить побудування блочно-модульної схеми навчання, підкріпленої наявністю відповідної учбової літератури. Така література і пропонований підручник, зокрема, повинна сприяти всебічному і поглибленому вивченню студентом матеріалу кожного з модулів. В даному випадку, увазі читача пропонується досить стисла, а проте, така, що відбиває всі основні положення курсу фізики, який складається з шести модулів, форма викладення теоретичного матеріалу. Кожен з розділів закінчується відповідним циклом лабораторних робіт, покликаних розширити і практично закріпити комплекс знань, одержуваних при вивченні теорії.

Автори вважають за необхідне включити до підручника цикл віртуальних лабораторних робіт, які поширюють інформативну частину курсу і закріплюють навички самостійної роботи студентів з комп’ютером в діалоговому режимі. Паралельно з підручником, який пропонується, на кафедрі фізики ОДАХ проводиться робота по створенню банку типових задач, що виносяться на модульний контроль знань. Цей збірник, що розглядається нами як додатковий підручник до пропонованого курсу фізики, планується видати в 2005 році.

В цілому книга, запропонована Вашій увазі, має вирішити важливе завдання: забезпечити студентів підручником, обсяг якого робить реальною можливість опрацювання його за два семестри, відведені на це. Отже, даний курс хоч і не охоплює всього матеріалу, що увійшов до докладних та великих підручників, але водночас уникає скоромовки , притаманної багатьом довідковим і майже довідковим посібникам. Задачі (які планується видати у найближчий час) та запитання, які містяться в пропонованому курсі, призначені для закріплення й поглиблення матеріалу, який підлягає вивченню.

Іншою особливістю цієї книги, окрім практичної спрямованості, є прагнення авторів підкреслити взаємозв’язок різних розділів фізики та виявити загальну структуру їх опису, яка може бути відображена рівняннями класичної механіки. Так структура, що становить математичний “кістяк” науки, не повинна випадати з уваги вивчаючих її.

Врешті, метою написання цієї книги слід вважати спробу орієнтації запропонованого курсу на матеріал, що вивчатиметься в наступних семестрах і безпосередньо формує майбутнього спеціаліста, якому у його професійній діяльності буде необхідно звертатися до методів та результатів сучасної фізики.

Чи справдилися наміри, що ними керувались автори, судитимуть читачі.

Книга містить і використовує весь позитивний досвід, накопичений декількома поколіннями викладачів кафедри фізики ОДАХ. При викладенні найбільш складних для сприйняття студентами розділів застосовувались методи і засоби подачі матеріалу, які пройшли на кафедрі всебічну апробацію. Розділи 1 – 5 написані Ю.К.Корнієнком і В.Б.Роганковим, розділи 6, 7 – В.І.Соколенком і В.Б.Роганковим, розділ 8 – В.Г.Мураховським і В.Б.Роганковим, розділ 9 – О.М.Герегою.

Автори вдячні всім співробітникам кафедри, обговорення і зауваження яких сприяли покращенню якості книги.