Федеральное Агентство по образованию

ГОУ ВПО Московский государственный открытый университет

Чебоксарский политехнический институт (филиал)

Кафедра физики

Андреев В.А., Денисов Ф.Т., Иванова Т.В.,

Казаков С.М., Максимов А.Н., Самарин В.В.

Электромагнетизм, колебания И ВОЛНЫ

Учебное пособие для выполнения лабораторных работ

Под редакцией С.М.Казакова

ЧЕБОКСАРЫ 2010

УДК 53(075.8):531(075.8):532(075.8):536(075.8)

ББК 22.3

Рецензенты:

Доцент кафедры «Теоретической и экспериментальной физики» ФГОУ ВПО “Чувашский государственный университет”,

к. ф.- м.н. АЛЕКСАНДРОВ В.А.

Профессор кафедры физики ЧПИ ГОУ ВПО “Московский государственный

открытый университет”, д. ф.-м. н. ФИЛИППОВ Г.М.

Электромагнетизм, колебания и волны: Учебное пособие для выполнения лабораторных работ /Андреев В.А. и др.; под ред. С.М.Казакова – Чебоксары, ЧПИ МГОУ, 2010. – 124 с.

Учебное пособие составлено с учетом содержания курса общей физики, определенного Государственными образовательными стандартами для технических специальностей вузов. В учебном пособии рассмотрены вопросы теории тех разделов, которые вынесены на лабораторный практикум, приведены описания лабораторных работ, инструкции по их выполнению, даны рекомендации по использованию информационных технологий при обработке экспериментальных данных. Для студентов технических специальностей вузов.

Ил. 81, табл. 23.

Утверждено Методическим советом института.

 Андреев В.А. 2010,

 Денисов Ф.Т. 2010,

 Иванова Т.В. 2010,

 Казаков С.М. 2010,

 Максимов А.Н. 2010,

 Самарин В.В., 2010,

 Чебоксарский политехнический институт (филиал) МГОУ, 2010

Оглавление

Предисловие 4

I. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ И ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ ЗОНДА 7

Лабораторная работа № 2.2 ЗАКОН ОМА И ПРАВИЛА КИРХГОФА ДЛЯ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ЦЕПЕЙ 18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.3 Температурная зависимость сопротивления ПРОВОДНИКОВ И полупроводников 27

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.4 РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР НА ОСНОВЕ ТИРАТРОНА 37

II. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.5 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ КРУГОВОГО ТОКА 49

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА 58

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.7 ЭФФЕКТ ХОЛЛА 68

III. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. Лабораторная работа № 2.8 Свободные механические колебания 76

Лабораторная работа № 2.9 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА 88

Лабораторная работа № 2.10 Закон Ома для цепей переменного тока 102

Лабораторная работа № 2. 11 СТОЯЧие ВОЛНЫ и ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В воздухе 108

ПриложениЕ I. ТАБЛИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 120

ПриложениЕ II. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЕДИНИЦАХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 121

Литература 123

Предисловие

Дисциплина “Физика” является фундаментальной основой подготовки специалистов и бакалавров технических специальностей. В изучении курса общей физики раздел “Атомная и ядерная физика” является, пожалуй наиболее сложным. В нем сочетаются фундаментальные основы строения материи и практические важные направления нанотехнологий и ядерной энергетики. Приведем в качестве примера основные элементы этих разделов по Государственным образовательным стандартам для специальности 220201 «Управление и информатика в технических системах» (направление 651900 «Автоматизация и управление»):

электричество и магнетизм: электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе, электрический ток, уравнение непрерывности, уравнения Максвелла, электромагнитное поле, принцип относительности в электродинамике;

физика колебаний и волн: гармонический и ангармонический осциллятор, свободные и вынужденные колебания, интерференция и дифракция волн;

Историческое развитие физики как экспериментальной науки и широкое практическое использование достижений физики в современной технике и быту придает изучению физических явлений на лабораторных занятиях большую важность. Виртуальные компьютерные модели не могут полностью заменить этого, хотя они и полезны для закрепления изученного материала. В данном практикуме с этой целью предусмотрено использование электронного учебника “Открытая физика”, разработанного ООО “Физикон”, www.physicon.ru, и распространяемого ЗАО “Новый диск”, www.nd.ru .

Рекомендации преподавателям

Рекомендуется выделять равное учебное время на выполнение и защиту работ. Перечень выполняемых заданий из плана каждой работы можно изменять в зависимости от формы обучения и специальности. Теоретический материал описаний лабораторных работ может служить кратким конспектом и дополнением к лекциям по соответствующим темам. Рекомендуемый график выполнения работ:

Указания студентам

При подготовке к очередной работе сделайте в рабочей тетради заготовку отчета. Без нее студенты к выполнению работы не допускаются. Начало отчета должно включать все элементы, указанные в начале описания каждой работы данного практикума:

• номер работы и название работы,

• цель работы,

• приборы и принадлежности,

• план работы.

Далее делаются записи в соответствии с планом. Из пунктов, посвященных изучению разделов физики и описанию работы лабораторных установок, выпишите исходную формулировку физического закона и расчетную формулу, перечислите смысл входящих в них величин. Сделайте схематичный чертеж лабораторной установки, укажите на ней измеряемые величины. В указанных преподавателем для выполнения пунктах, посвященных измерению (определению и т.д.) физических величин, запишите параметры установки и начертите заготовки таблиц. Места должно быть достаточно для возможных уточнений и исправлений.

На занятиях в физической лаборатории необходимо строго соблюдать требования охраны труда. Прежде чем пользоваться прибором, изучите его устройство и правила пользования им. О неисправности прибора немедленно сообщите преподавателю или лаборанту.

При выполнении работы строго придерживайтесь намеченного хода работы. Все указанные преподавателем задания выполняйте самостоятельно, отчетливо представляя цель каждого из них. Измерения и наблюдения проводите с максимальной тщательностью, результаты измерений сразу заносите в заготовки таблиц в рабочей тетради. Будьте во всем предельно аккуратны. Бережно относитесь к оборудованию лабораторий, приборам, аппаратам. Будьте внимательны и доброжелательны к коллегам по работе, не создавайте лишнего шума и не нарушайте порядка в лаборатории. После завершения измерений предъявите их результаты преподавателю для предварительной проверки. В случае обнаружения неточностей и промахов повторите измерения и добейтесь удовлетворительных результатов. Данные в отчете подписываются преподавателем. После завершения работы рабочее место приведите в порядок. При обработке данных графики необходимо строить или на миллиметровой бумаге, или представлять в электронном виде с помощью одной из компьютерных программ научной графики. По осям абсцисс и ординат с указанием единиц измерений откладывают в произвольных масштабах значения, соответственно, независимой переменной и функции. Масштабы выбирают так, чтобы график занял весь лист. Согласно ГОСТу, деления осей допускается отмечать только числами, изменяющимися на единицу (0, 1, 2, …), на двойку (0, 2, 4, …), на пятерку (0, 5, 10,…), на степень десяти (0, 10, 20,… или 100, 200, 300,…). Пересечение координатных осей не обязательно должно совпадать с нулевыми значениями и . По возможности, желательно указать абсолютные погрешности измерений и в виде креста, чтобы найденная точка находилась в середине. Если точка отстоит далеко от графика (возможный промах), то, выявив большую погрешность, ее можно удалить. По отмеченным точкам строят наиболее гладкую кривую, проходящую в “коридоре” погрешностей. Если погрешности не указаны, то гладкая кривая не должна буквально проходить через каждую точку. Линию проводят так, чтобы она прошла как можно ближе к ним или между ними, оставляя по обе стороны от себя примерно равное число чередующихся (выше и ниже) точек.

В данном практикуме приведены примеры вычислений, статистической обработки данных и построения графиков с помощью свободных (freeware, не требующих лицензий) программ, которые можно использовать в лаборатории и на любых доступных компьютерах. Для защиты лабораторной работы заранее подготовьте письменные ответы на контрольные вопросы с помощью основных учебников [1-3] и конспекта лекций [4].