- •Передмова
- •Модуль 1
- •1. Вступ до лабораторного практикуму.
- •1.1. Обробка результатів вимірювань, обчислення похибок, представлення даних у вигляді таблиць і графіків.
- •Лабораторна робота № 1.1 „Експериментальне визначення густини речовини”.
- •Теоретичні відомості та обґрунтування методики.
- •Порядок вимірювання та розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •2. Механіка твердого тіла
- •2.1. Обертальний рух твердого тіла.
- •2.1.1. Кінематика обертального руху матеріальної точки.
- •2.1.2. Динаміка.
- •Лабораторна робота № 2.1 „Вивчення законів динаміки обертального руху”.
- •Теоретичні відомості та обґрунтування методики.
- •2 . Методика вимірювання.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 2.2 „Визначення моментів інерції тіл”.
- •Порядок вимірювання та розрахунків:
- •Контрольні запитання.
- •Модуль 2
- •3. Електрика.
- •3.1. Електростатика.
- •3.2. Постійний електричний струм.
- •3.2.1. Закони постійного струму.
- •Лабораторна робота № 3.1 „Визначення ємності конденсатора по дослідженню кривої струму розряду”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Порядок розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 3.2 „Вивчення методів вимірювання опору та визначення температури нитки лампи розжарювання”.
- •Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 3.3 „Дослідження залежності опору провідника від його довжини та визначення його питомого опору”.
- •Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 3.4 „Дослідження вольт – амперної залежності, потужності, температури нитки лампи розжарювання”.
- •Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 3.5 „Вивчення температурної залежності питомого опору металу електричному струму”.
- •Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •Модуль 3
- •4. Магнетизм.
- •4.1. Магнітне поле у речовині.
- •Парамагнетики.
- •Діамагнетики.
- •Феромагнетики.
- •Питання для самостійного контролю.
- •Лабораторна робота № 4.1 „Дослідження залежності магнітної проникності феромагнетика від напруженості зовнішнього поля”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 4.2 „Дослідження кривої намагнічування феромагнетика методом амперметра та вольтметра”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 4.3 „Зняття петлі гістерезису та визначення Нс, Вr та втрат методом електронного осцилографа”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання.
- •Питання для самоконтролю з теми “Магнетизм”.
- •Модуль 4
- •5. Коливання та хвилі.
- •5.1. Власні коливання.
- •Лабораторна робота № 5.1 „Дослідження згасаючих електромагнітних коливань”.
- •Порядок вимірювання та розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •5.2. Вимушені коливання.
- •5.2.1. Змінний струм, який тече крізь резистор з опором r (l 0, c )
- •5.2.2. Змінний струм, який тече крізь котушку індуктивності l (r 0, c )
- •5.2.3. Змінний струм, який тече крізь конденсатор ємністю с (r 0, l 0).
- •5.2.4. Коло змінного струму, яке має послідовно з’єднані резистор, котушку індуктивності і конденсатор.
- •5.2.5. Коло змінного струму, яке має паралельно з’єднані резистор, котушку індуктивності і конденсатор.
- •Лабораторна робота № 5.2 „Вивчення вимушених електромагнітних коливань”.
- •Порядок вимірювання та розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •5.3. Звукові і світлові хвилі.
- •5.4. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі.
- •5.5. Інтерференція світлових хвиль.
- •Лабораторна робота № 5.3 „Хвилі в пружних середовищах. Додавання хвиль. Стояча хвиля”.
- •Порядок вимірювання та розрахунків.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 5.4 „Хвильові властивості світла. Інтерференція світла в тонких плівках”.
- •Порядок розрахунків.
- •Лабораторна робота № 5.5 „Хвильові властивості світла. Дифракція”.
- •Порядок розрахунків:
- •Модуль 5
- •6. Квантова фізика.
- •6.1. Теплове випромінювання.
- •Закон Стефана-Больцмана.
- •Закони Віна.
- •Формула Планка.
- •Лабораторна робота № 6.1 „Визначення ступеня чорноти нитки лампи розжарювання”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні питання.
- •6.2. Лінійчаті спектри атомів в газах.
- •Лабораторна робота № 6.2 „Визначення сталої Ридберга”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні питання.
- •6.3. Фотоелектричний ефект.
- •Лабораторна робота № 6.3 „Визначення сталої Планка”.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні питання.
- •7. Елементи фізики твердого тіла.
- •7.1. Зонна теорія електропровідності.
- •Лабораторна робота № 7.1 „Визначення ширини забороненої зони напівпровідника”.
- •Порядок вимірювань .
- •Порядок розрахунків.
- •7.2. Випрямляння струму на p-n – переході. Напівпровідниковий діод.
- •Лабораторна робота № 7.2 „Дослідження напівпровідникового діода”.
- •Порядок вимірювань.
- •Порядок розрахунків.
- •Модуль 6
- •8. Молекулярна фізика і термодинаміка
- •8.1. Основні параметри та закони.
- •Лабораторна робота № 8.1 "Визначення відношення Сp/сv повітря методом Клемана – Дезорма".
- •8.1.1. Теплоємності і внутрішня енергія моделі ідеального газу.
- •8.1.2. Методика вимірювань і розрахунків.
- •Порядок вимірів.
- •Порядок розрахунків:
- •Лабораторна робота № 8.2 „Визначення відносної й абсолютної вологості повітря”.
- •8.2.1. Методика визначення вологості.
- •Порядок вимірів.
- •Порядок розрахунків:
- •Лабораторна робота № 8.3 "Визначення питомої теплоти паротворення води".
- •8.3.1. Фазові переходи.
- •8.3.2. Методика вимірів та розрахунків.
- •Порядок вимірів.
- •Порядок розрахунків:
- •Лабораторна робота № 8.4 “Визначення коефіцієнта поверхневого натягу води”.
- •8.4.1. Молекулярна структура рідини і поверхневий натяг.
- •Порядок вимірів.
- •Порядок розрахунку.
- •Лабораторна робота № 8.5 "Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя повітря, середньої довжини вільного пробігу, середнього часу вільного пробігу й ефективного діаметра його молекул".
- •8.5.1. Нерівноважні процеси переносу.
- •8.5.2. Методика вимірів та розрахунків.
- •Порядок вимірів.
- •Порядок розрахунків:
- •Лабораторна робота № 8.6 “Визначення коефіцієнта теплопровідності твердого тіла”.
- •8.6.1. Процеси переносу в твердих тілах.
- •Порядок вимірів.
- •Порядок розрахунків:
- •9. Віртуальні лабораторні роботи з курсу фізики.
- •Контрольні питання і вправи
- •Лабораторна робота № 9.4 „Кулонівська взаємодія точкових зарядів”.
- •Завдання
- •Порядок виконання роботи
- •К онтрольні питання і вправи
- •Лабораторна робота № 9.5 „Рух заряду в полі плоского конденсатора”.
- •Завдання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання і вправи
- •Лабораторна робота № 9.6 „Взаємні перетворення електромагнітної і механічної енергії”.
- •Завдання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання і вправи
- •Лабораторна робота № 9.7 „Магнитне поле струмів різної конфігурації”.
- •Завдання
- •Порядок виконання роботи
- •К онтрольні питання і вправи
- •Контрольні питання і вправи
- •Лабораторна робота № 9.11 „Хвильові властивості електронів”.
- •Завдання
- •Порядок виконання роботи
- •К онтрольні питання і вправи
- •Лабораторна робота № 9.13 „Квантові частинки в потенціальному полі”.
- •Завдання
- •Порядок виконання роботи
- •Модель. Квантування електронних орбіт.
- •Контрольні питання і вправи
- •Контрольні питання і вправи
- •Література
Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.
Зібрати електричне коло за схемою Рис.3.9. Регулюючи автотрансформатором, подавати на лампу напруги від 100 В до 220 В (всього повинно бути 7 – 8 точок).
Вимірювати силу струму через лампу для кожної напруги.
Розрахувати для кожної напруги опір нитки за законом Ома та дійсне значення потужності за формулою (3.89).
Виміряти кімнатну температуру tк.
Побудувати графік вольт – амперної залежності I(U). Зробити висновок.
За розрахованими раніше значеннями опору побудувати графік залежності опору нитки від напруги.
Побудувати графічну залежність потужності від квадрату напруги. Зробити висновок.
Розрахувати для кожної напруги температуру нитки за формулою
(3.91)
де - температурний коефіцієнт опору (для вольфраму = 4.510-3 1/К), Rк – опір нитки при кімнатній температурі.
Контрольні запитання.
Що називають електричним струмом та які умови його існування?
Визначте силу струму та густину струму. Як зв’язана густина струму зі швидкістю упорядкованого руху носіїв в провіднику?
Як визначається електрорушійна сила та напруга?
Сформулюйте закони постійного струму (закони Ома для однорідної та неоднорідної ділянок кола, закон Джоуля – Ленца).
Як визначається опір провідника (ділянки кола)? Що таке питомий опір, питома електропровідність? Як залежить питомий опір від температури провідника ?
Сформулюйте закони Ома та Джоуля – Ленца у диференціальній формі.
Дайте формулювання правил Кірхгофа. Які існують правила знаків для застосування цих правил?
Сформулюйте закон Ома для ділянки кола. Охарактеризуйте кожну величину, що входить до цього закону.
Як залежить від розмірів провідника його опір?
Як залежить питомий опір провідника від температури?
Які вимірювання проводять в даній роботі? Чи є вольт – амперна залежність для нитки лампи розжарювання лінійною? Чому? Як визначити потужність електричного струму? Як знаходять температуру нитки розжарювання?
Лабораторна робота № 3.5 „Вивчення температурної залежності питомого опору металу електричному струму”.
Мета роботи: Експериментально вивчити температурну залежність питомого опору металевого проводу, визначення температурних коефіцієнтів і , а також питомого опору при 0 К.
В металах, які є добрими провідниками, є велика концентрація вільних електронів порядку 1028 м-3, причому ця концентрація майже не залежить від температури. Ці електрони є валентними, вони відокремлюються від кожного атома та узагальнюючись для всього металу, утворюють електронний газ. При русі в електричному полі електрони огинають іони металу без зіткнень (розсіювання), якщо іони розташовані упорядковано, суворо періодично у вузлах кристалічної решітки. При наявності дефектів кристалічної решітки, які спотворюють сувору періодичність електричного потенціалу іонів, відбувається розсіювання електронів. Це зумовлює наявність опору металевого провідника. До цих дефектів належать межі розділу між кристалітами, дислокації, домішкові атоми або іони (структурні дефекти). Крім того, періодичність порушують теплові коливання іонів відносно положень рівноваги. На цих коливаннях також відбувається розсіювання електронів. Інтенсивність цих коливань (амплітуда) залежить від температури, тому число зіткнень електронів з іонами, зумовлене коливаннями останніх, прямо пропорційне абсолютній температурі. Навпаки, число зіткнень електронів зі структурними дефектами залежить тільки від ступені упорядкованості структури металу і не залежить від температури. Зрозуміло, що питомий опір провідника буде пропорційний цьому числу зіткнень, і тому можна записати:
, (3.92)
де ост – питомий опір металу, пов’язаний зі структурними дефектами, який би він мав при температурі 0 К, коефіцієнт залежить від кристалічної будови металу. Аналіз показує, що для чистих металів основний внесок в питомий опір дає температурний член в останньому рівнянні, а ось для сплавів з неупорядкованою структурою – перший член. Однак в обох випадках температурна залежність питомого опору лінійна, що й треба буде перевірити експериментально. В техніці використовують трохи інший за формою запис температурної залежності питомого опору від температури t, яка вимірюється за шкалою Цельсія:
. (3.93)
де 0 – питомий опір металу при 0 оС, - температурний коефіцієнт опору. Ця формула одержується з попередньої після підстановки T = t + 273:
,
де , (3.94)
. (3.95)
Вимірювальний пристрій складається з моста постійного струму (рис.3.10), водяного нагрівача, термометра, металевого провідника у вигляді котушки, намотаної досліджуваним провідником. Методика вимірювання опору за допомогою моста викладена в роботі 3.2. В роботі вимірюється опір провідника при різних температурах у діапазоні від кімнатної до приблизно 50 оС. За опором та паспортними даними провідника (довжина, діаметр) розраховуються значення питомого опору та будується графік його залежності від температури Т. Остання залежність повинна бути лінійною, якщо рівняння (3.92) є справедливим. За графіком визначаються параметри rост і b. Далі розраховуються за формулами (3.94) та (3.95) параметри r0 і a, які для контролю порівнюються з табличними для даного металу за формулами:
, (3.96)
(3.97)
Нагрівання провідника здійснюється в посудині з водою, яка нагрівається за допомогою електричного струму від мережі 220 В. Температура води та провідника вимірюється термометром з точністю 0.1 0С.