- •Оглавление
- •Предисловие
- •Рекомендации преподавателям
- •Указания студентам
- •I. Электрическое поле и постоянный электрический ток. Лабораторная работа № 2.1 исследование электростатического поля методом зонда
- •1. Электростатическое поле и его характеристики
- •2. Изучение электростатических полей, созданных системой проводящих электродов
- •3. Изучение свойств электрического тока в изотропной среде
- •4 . Экспериментальные установки
- •5. Опытное определение эквипотенциальных точек и построение эквипотенциальных линий
- •6. Изучение электрических полей, созданных точечными и равномерно распределенными зарядами, с помощью электронного учебника «Открытая физика» и математического пакета Maple
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2 закон ома и правила кирхгофа для разветвленных цепей
- •1. Закон Ома
- •2. Правила Кирхгофа
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Проверка закона Ома для участка цепи и измерение внутренних сопротивлений источников тока
- •5.Нахождение токов в разветвленной цепи
- •6.Изучение темы «Правила Кирхгофа для разветвленных цепей» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.3 Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников
- •1. Электропроводность металлов
- •2.Электропроводность полупроводников
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Определение зависимости сопротивлений проводника и термистора от температуры
- •5. Вычисление энергии активации полупроводника
- •6. Изучение электропроводности твердых тел с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4 релаксационный генератор на основе тиратрона
- •1. Тлеющий разряд в газах
- •2. Газоразрядные приборы
- •3. Релаксационный генератор на основе тиратрона
- •4. Экспериментальная установка
- •5. Измерение потенциала зажигания и гашения тиратрона
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний секундомером
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний с помощью осциллографа
- •7. Измерение емкости батареи конденсаторов
- •8. Изучение квазистационарных процессов в rc-цепях с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •II. Магнитное поле. Лабораторная работа № 2.5 магнитное поле кругового тока
- •1. Закон Био-Савара-Лапласса и его применение для определения индукции магнитного поля кругового тока
- •2. Магнитное поле Земли
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли
- •5. Проверка закона Био-Савара-Лапласса
- •6. Изучение силовых линий магнитного поля с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.6 определение удельного заряда электрона
- •1. Сила Лоренца
- •2. Краткое описание тетрода 6э5п
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Методика определения удельного заряда электрона
- •5. Измерение удельного заряда электрона
- •6. Работа с компьютерной моделью движения заряда в магнитном поле
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.7 эффект холла
- •1. Эффект Холла и его теоретическое обоснование
- •2 Датчики Холла
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Градуировка датчика
- •5. Измерение индукции магнитного поля вдоль оси соленоида
- •6. Определение параметров датчика
- •Контрольные вопросы
- •III. Колебания и волны. Лабораторная работа № 2.8 Свободные механические колебания
- •1. Изучение гармонических колебаний математического и физического маятников
- •2. Ангармонические колебания физического маятника
- •3. Затухающие колебания физического маятника
- •4. Измерение периода малых колебаний математического маятника и определение ускорения свободного падения
- •5. Определение зависимости периода колебания физического маятника от амплитуды
- •6. Исследование затухающих колебаний.
- •7. Изучение темы «Свободные колебания математического маятника» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.9 изучение электронного осциллографа
- •1. Электронный осциллограф
- •2. Сложение двух колебаний одного направления и одинаковых или близких частот
- •3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •4. Использование осциллографа
- •5. Схема экспериментальной установки
- •6. Подготовка электронного осциллографа к работе
- •7. Измерение амплитуды, периода и частоты синусоидальных колебаний
- •8. Измерение периода биений
- •9. Определение сдвига фаз двух гармонических взаимно-перпендикулярных колебаний одинаковой частоты
- •10. Определения частоты колебаний по заданной частоте
- •11. Изучение квазистационарных процессов в rlc-цепях с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.10 Закон Ома для цепей переменного тока
- •1. Цепи переменного тока (краткая теория)
- •2. Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2. 11 стояЧие волны и определение скорости звука в воздухе
- •1. Звуковые волны
- •2. Звуковые волны в газах
- •3. Стоячие волны
- •3. Описание экспериментальной установки и выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •ПриложениЕ I. Таблицы физических величин
- •Диэлектрическая проницаемость
- •ПриложениЕ II. Некоторые сведения о единицах физических величин
- •Основные и производные единицы электрических и магнитных величин в си
- •Коэффициенты перевода внесистемных единиц в единицы си
- •Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Греческий алфавит
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Электромагнетизм, колебания и волны Учебное пособие для выполнения лабораторных работ
- •428000, Г. Чебоксары, ул. П. Лумумба, 8
3. Описание экспериментальной установки и выполнение работы
Установка (рис. 11.5) состоит из прозрачной (из оргстекла) трубы, в правом конце которой установлен излучатель – телефон (Т). На телефон подается сигнал от звукового генератора ЗГ. Приемник – электромагнитный катушечный микрофон (М), помещен на поршне, являющимся левым подвижным концом трубы. Поршень закреплен на подвижном стержне (штоке) с ручкой, положение которой можно отмечать по шкале. Выход микрофона соединен со входом INPUT Y канала вертикального отклонения электронного осциллографа (ЭО) .
Рис. 11.5. Схема экспериментальной установки.
Ознакомьтесь с описанием передней панели осциллографа, закрепленной на рабочем столе, затем включите питание (ON/OFF) осциллографа. После появления луча ручками вертикального и горизонтального смещений (POSITION) выведите его в центр экрана. Отрегулируйте яркость (INTEN) и фокусировку (FOCUS) луча, чтобы сделать его более тонким.
Включите генератор. Множитель частоты на генераторе поставьте в положение «102», установите частоту выходного сигнала не более 2000 Гц, диапазон выходного сигнала (напряжение) – «3 V», амплитуду сигнала 1 В.
Вращением ручки VOLT/DIV выберите коэффициент вертикального отклонения, соответствующим амплитуде сигнала. Вращением ручки TIME/DIV выберите коэффициент развертки, наиболее соответствующим частоте сигнала. Ручкой POSITION добейтесь совпадения начала развертки сигнала с левым краем шкалы экрана. Небольшими изменениями частоты генератора добейтесь появления на экране четкой синусоиды. Для этого ручкой LEVEL осциллографа дополнительно отрегулируйте уровень запуска синхронизации. Измерьте период колебаний по сетке на экране осциллографа. Для этого горизонтальное расстояние (в делениях) между соответствующими точками экрана умножьте на значение, установленное переключателем TIME/DIV.
4. Установите шток поршня в крайнее правое положение, соответствующее минимальной длине трубы. Передвигая шток влево, получите на экране первый максимум сигнала микрофона, соответствующий первой пучности давления. Положение ручки штока x1 внесите в табл. 11.1.
Таблица 11.1
= ( до 2000 Гц) |
||||||
xi, см |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
∆xi, см |
∆x1 |
∆x2 |
∆x3 |
∆x4 |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
= (от 2500 до 3000 Гц) |
||||||
xi, см |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
… |
x6 |
|
|
|
|
|
|
|
∆xi, см |
∆x1 |
∆x2 |
∆x3 |
∆x4 |
… |
|
|
|
|
|
|
|
Передвигайте шток влево, при появлении на экране следующих максимумов (пучностей) сигнала занесите положение ручки штока по шкале x2, x3, и т.д. в табл. 11.1.
Повторите измерения с другой частотой – от 2500 до 3000 Гц.
Установите ручку штока в положение, в котором была зарегистрирована первая пучность (с минимальной длиной трубы) для первой частоты (частоты основного тона) до 2000 Гц и повторите ее получение. Получите значение еще двух собственных частот (обертонов) трубы данной длины. Увеличивайте частоту звука и записывайте в тетрадь значения частот, при которых на экране осциллографа снова будет заметно усиление сигнала. При малой амплитуде сигнала на экране ее следует увеличить ручкой VOLT/DIV выбора коэффициента вертикального отклонения или увеличением амплитуды сигнала генератора. Найдите отношения частот обертонов к частоте основного тона и сравните их с целыми числами.
Запишите значение температуры воздуха в лаборатории.
Для каждой из двух частот вычислите разности x1= x1 – x2, x2= x2 – x3 и т.д. Определите средние значения
, (11.40)
и длину звуковой волны
. (11.41)
10. По формуле (11.39) для каждой из частот определите скорость звука .
11. Определите среднее значение скорости и погрешность измерений.
12. Определите значение показателя адиабаты с помощью формулы (11.24). Полученное значение сравните с теоретическим значением для двухатомного газа (основную часть воздуха составляют азот N2 и кислород O2)
, (11.42)
где - число степеней свободы.