- •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
Контрольні запитання.
Відповіді на контрольні запитання можна занести у протокол лабораторної роботи у Теоретичному вступі.
Що називають вектором кутового переміщення точки?
Як визначається вектор кутової швидкості? Як вона зв’язана з вектором лінійної швидкості?
Як знайти величину і напрямок тангенціального та нормального прискорень?
Що називають вектором кутового прискорення? З яким лінійним прискоренням зв’язане кутове прискорення?
Як визначаються момент імпульсу матеріальної точки відносно точки та осі обертання?
Що називають моментом інерції матеріальної точки? Який фізичний зміст цієї величини?
Дайте визначення моменту сили матеріальної точки відносно точки та осі обертання?
Запишіть основний закон динаміки (другий закон Ньютона) для обертального руху двома способами.
Як визначається кінетична енергія при обертальному русі?
Що називають абсолютно твердим тілом? Чому при розгляданні його обертального руху використовують кутові характеристики руху?
Як визначити момент інерції системи матеріальних точок та твердого тіла? Сформулюйте теорему Штейнера.
Я кі складові вимірювальної установки? Що треба вимірювати в роботі безпосередньо і що розраховувати?
Як в роботі перевіряють основний закон динаміки обертального руху, визначають момент інерції диска, момент сил тертя, підтверджують закон збереження енергії?
Лабораторна робота № 2.2 „Визначення моментів інерції тіл”.
Мета роботи : вивчити коливальний процес на прикладі фізичного маятника, експериментально визначити його момент інерції, перевірити теорему Штейнера.
Теоретичні відомості та обґрунтування методики.
Під фізичним маятником розуміють будь - яке тверде тіло, здатне виконувати коливання навколо осі, яка не проходить через його центр мас.
Коливальний рух маятника можна розглядати як обертальний рух твердого тіла відносно осі, яка проходить через точку закріплення маятника перпендикулярно площині його коливань. Саме тому його рух можна описувати за допомогою рівняння динаміки обертального руху (2.15), яке перепишемо з урахуванням визначення вектора кутового прискорення
(2.2.1)
де J – момент інерції маятника,
- кут відхилення маятника від положення рівноваги,
M - момент сил, які діють на маятник (рис.2.9)
В даній роботі в якості фізичного маятника використовується однорідний стальний стержень довжиною ℓ. На кінці стержня закріплена опорна призма, гостре ребро якої є віссю котіння маятника. Таким чином відстань ОС = d від точки опори маятника до його центра мас дорівнює ℓ/2. Момент інерції довгого стержня відносно осі, що проходить через його центр мас, визначається як J0 = mℓ2/12. Згідно з теоремою Штейнера (формула 2.20) момент інерції цього ж стержня відносно осі, що проходить через його кінець, знайдемо так :
(2.2.2)
Момент сили тяжіння, який діє на маятник, . Якщо кут малий, то sin і тоді . В установці маятник виконує декілька сотень коливань без помітного згасання. Тому моментом сили тертя в першому наближенні можна знехтувати. Підставляючи вираз для моменту сили в формулу (2.2.1), одержимо рівняння
(2.2.3)
З теорії диференціальних рівнянь відомо, що його розв’язанням є гармонічна функція φ = φосоsωt, де - циклічна частота коливань. Вона зв’язана з періодом Т співвідношенням
(2.2.4)
Як випливає з співвідношення (9.4), період коливань фізичного маятника визначаться його моментом інерції. Таким чином, визначаючи експериментально масу m , період коливань Т i довжину стержня , можна визначити момент інерції фізичного маятника за формулою:
(2.2.5)
Для підвищення точності розрахунків в роботі безпосередньо вимірюється час t, за який фізичний маятник здійснює N повних коливань.
Тоді період T буде дорівнювати і остаточно розрахункова формула експериментального визначення моменту інерції набуває вигляду
(2.2.6)
З іншого боку, момент інерції довгого стержня відносно осі, яка проходить через його кінець, можна знайти за формулою (2.2.2).