- •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
Лабораторна робота № 5.3 „Хвилі в пружних середовищах. Додавання хвиль. Стояча хвиля”.
Мета роботи : вивчити умови виникнення стоячої хвилі, експериментально визначити положення пучностей та відстані між ними, розрахувати швидкість поширення звука в повітрі, порівняти з табличним значенням.
Як було вказано раніше, відстань між двома сусідніми пучностями L дорівнює половині довжини падаючої хвилі. Знаходимо довжину хвилі
(5.55)
Підставивши одержане значення l в (5.40), обчислюємо швидкість поширення хвилі
(5.56)
Це робоча формула для визначення швидкості поширення звуку в повітрі методом стоячих хвиль.
Установка складається з генератора звукових коливань, джерела випромінювання (динамік, закріплений над скляною трубкою), сполучених посудин, частково заповнених водою, лінійки для вимірювання рівня води в скляній трубці.
Порядок вимірювання та розрахунків.
Ввімкнути звуковий генератор. Встановити задану частоту коливань та величину вихідної напруги, при цьому в скляній трубці виникають умови для утворення стоячої хвилі у повітряному стовпі між динаміком та поверхнею води.
Змінюючи висоту водяного стовпа, знаходять положення пучностей стоячої хвилі L1, L2, L3 , які відповідають максимуму гучності звуку. Записують їх в таблицю.
Положення рівня води, см |
1 |
2 |
3 |
Середнє значення |
L1 |
|
|
|
|
L2 |
|
|
|
|
L3 |
|
|
|
|
За одержаними значеннями розрахувати довжину хвилі:
1 = 2 (L2сер- L1сер), 2 = 2 (L3сер - L2сер), 3 = L3сер - L1сер.
Розрахувати середнє значення довжини хвилі сер.
Знайти швидкість поширення звукової хвилі u за формулою (5.38).
Розрахувати середньоквадратичну похибку вимірювань за формулою
,
де відносна похибка для частоти дорівнює 0.02, а середньоквадратична похибка для довжини хвилі <> розраховується як для прямих вимірювань за формулою
<> = ,
в якій похибка приладу береться з метрологічної картки.
Записати в кінцевий результат довжину хвилі з похибкою та швидкість поширення звукової хвилі в повітрі з похибкою. У висновках обов’язково порівняти одержане експериментальне значення швидкості з табличним.
Контрольні запитання.
Що таке хвиля? Дайте класифікацію хвиль.
Напишіть рівняння плоскої біжучої хвилі. Що називається довжиною хвилі?
Дайте визначення принципу суперпозиції. Що називають інтерференцією хвиль? Які джерела називають когерентними?
Що таке стояча хвиля? Як вона утворюється? Що таке вузол, пучність стоячої хвилі? Чому дорівнюють відстані між сусідніми пучностями та вузлами?
Як розрахувати швидкість поширення хвилі?
Лабораторна робота № 5.4 „Хвильові властивості світла. Інтерференція світла в тонких плівках”.
Мета роботи : вивчити особливості інтерференції як проявлення хвильових властивостей світла в тонких плівках, визначити радіус кривизни лінзи в установці для спостереження кілець Ньютона.
Розглянемо, спочатку, плоску плівку товщиною d, яка містить середовище, що має показник заломлення n (рис.5.11).
В точці А промінь О, який падає, частково відбивається від поверхні плівки (промінь 1) і частково проходить в неї, заломлюючись під кутом і, після відбиття від нижньої грані і повторного заломлення, виходить з плівки (промінь 2), маючи оптичну різницю ходу з променем 2:
(5.57)
де додаткова різниця ходу виникає за рахунок різних умов відбиття в т.т. А і В. При кожному відбитті і заломленні виконуються основні закони т.з. геометричної (або променевої) оптики, одержуваної з хвильової теорії в короткохвильовій границі 0:
пад = відб, пад = відб, (5.58)
nоsinпад = nsinзал (5.59)
П ри поміщенні плоско-опуклої лінзи, одна з поверхонь якої має кривизну, на плоско-паралельну пластину (рис.5.11) утворюються умови для відбиття і заломлення світлового променя на повітряному клині, показані на рис.5.12.
Смуги рівної товщини, що виникають за рахунок інтерференції, є кільцями Ньютона, які досліджуються в даній роботі.
З рис.5.12 видно, що в відбитому світлі різниця ходу:
= 2d + /2 . (5.60)
Це витікає і з формули (5.59) з врахуванням того, що світло падає по нормалі, тобто sin 0, а n0 1. Радіус m-ого інтерференційного кільця на рис.5.12 визначається як:
(5.61)
де R – радіус кривизни лінзи, а зміст відстані d видний з рисунка.
Якщо кільце темне і відповідає мінімуму освітленості, спостережуваному в відбитому світлі, то з (5.60) і (5.61) одержимо:
2d + /2 = 2mּ/2 + /2,
тобто
(5.62)
якщо не враховувати дуже малу величину d2. В точці дотику в відбитому світлі буде спостерігатись мінімум, так як різниця ходу дорівнює /2, а d = 0. При відбитті світлової хвилі від пластини фаза змінюється на .
В проходячому світлі умови відбиття на границях будуть однакові і оптична різниця ходу буде: = 2d. Положення максимумів і мінімумів поміняються порівняно з відбитим світлом.
Практичне виконання роботи. На предметний столик мікроскопа встановити систему для одержання кілець Ньютона, розмістити на окулярі мікроскопа світлофільтр з вимірювальною сіткою, відрегулювати освітлення установки, використовуючи дзеркало мікроскопа, одержати різке зображення кілець Ньютона, з допомогою мікрометричного гвинта мікроскопа виміряти радіуси темних кілець в поділках шкали вимірювальної сітки і визначити номера кілець, вважаючи центральну темну пляму мінімумом нульового порядку.
Результати вимірювань занести до таблиці:
m
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
N |
|
|
|
|
|
|
|
c2N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
Записати довжину хвилі , знаючи № світлофільтра і ціну поділки шкали вимірювальної сітки с. Тоді формула (5.62) для розрахунку радіуса кривизни лінзи R перепишеться, враховуючи, що rm = Nmc, як:
(5.63)
Позначимо y = N2c2 x = m a = R, що дає лінійну залежність:
y = ax. (5.64)
Тангенс кута нахилу прямої до осі х дорівнює а:
a = tg = R. (5.65)