Файл: Кафедра физики и химии физика лабораторный практикум Часть iii.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 115
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНЕСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова
(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Кафедра физики и химии
ФИЗИКА
Лабораторный практикум
Часть III
Физика колебаний и волн
Одобрено редакционно-издательским советом СТИ НИТУ
«МИСиС» для студентов технических направлений
Старый Оскол
2020
2
УДК 53
ББК 22.3
Р е ц е н з е н т: профессор, к.т.н. Крахт Л.Н.
Физика. Лабораторный практикум. Часть III. “Физика колебаний
и волн”./ Авторы: В.П. Сурков, Л.М. Боева., А.П. Новоточинов –
2020, 125 с.
В лабораторном практикуме содержатся описания к лабо-
раторным работам по III части курса физики «Физика
колебаний и волн», Каждая работа содержит теоретическое
объяснение явления, описание метода и экспериментальной
установки, последовательность выполнения эксперимента,
порядок обработки данных и представления результатов. В
конце каждой работы содержатся контрольные вопросы и
ссылка на литературу.
Предназначено для студентов технических направлений
высших учебных заведений.
На выполнение каждой работы отводится два часа. Все
работы имеют двойную нумерацию. Первая цифра означает
соответствующую часть курса физики, вторая порядковый
номер работы в практикуме.
©
Сурков В.П., Боева Л.М., Новоточинов А.П. 2020
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Правила оформления отчета по лабораторным ра- ботам
Основные правила внутреннего распорядка при ра- боте в лаборатории кафедры физики
Правила техники безопасности при работе в лабора- тории кафедры физики
Математическая обработка результатов измерения и представление экспериментальных данных
Лабораторная работа № 3-01. Изучение свободных незатухающих механиче- ских колебаний
Лабораторная работа № 3-02. Изучение затухающих колебаний математиче- ского маятника.
Лабораторная работа № 3-03. Изучение затухающих колебаний физического маятника
Лабораторная работа № 3-04. Изучение затухающих электрических колеба- ний в колебательном контуре на лаборатор- ном стенде
Лабораторная работа № 3-05. Изучение затухающих электрических колеба- ний в колебательном контуре
Лабораторная работа № 3-06. Изучение вынужден- ных электрических коле- баний на лабораторном стенде
5 6
9 11 13 23 34 41 47 56 65
4
Лабораторная работа № 3-07. Изучение вынужден- ных электрических коле- баний
Лабораторная работа № 3-08. Изучение электриче- ских релаксационных колебаний
Лабораторная работа № 3-09. Изучение интерферен- ции света и определение радиуса кривизны линзы методом колец Ньютона
Лабораторная работа № 3-10. Исследование ди- фракции света на ди- фракционной решетке
Лабораторная работа № 3-11. Изучение поляризации света
Лабораторная работа № 3-12. Исследование диспер- сии света
73 81 92 100 107 116
5
Введение
В физической лаборатории студенты изучают основ- ные физические явления; овладевают навыками экспери- ментальных исследований, обработки и анализа получен- ных результатов; знакомятся с устройством и работой со- временных приборов.
Настоящий физический практикум предназначен для студентов технических направлений.
В нем представлены методические указания к лабора- торным работам, подготовленные преподавателями и со- трудниками кафедры физики. Особенностью данного практикума является то, что практически в каждую работу включён элемент исследования.
6
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА
ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
1. а) Отчеты по лабораторным работам оформляются в отдельной тетради. б) Тетрадь должна быть подписана с указанием курса, группы и Ф.И.О. студента. в) Тетрадь сдается преподавателю при получении зачета по лабораторным работам.
2. На первой странице этой тетради должна быть таблица
№ п/п
№ и название лаб. работы
Допуск
Выпол- нение
Защита
3. Оформление отчета должно содержать:
- N лабораторной работы.
- Название лабораторной работы.
- Цель лабораторной работы.
- Краткий конспект теоретического введения.
- Описание установки.
- Краткий порядок выполнения работы
- Результаты измерений.
- Контрольные вопросы.
Краткий конспект теоретического введения.
В кратком конспекте теоретического введения необхо- димо:
- выписать определения и основные формулы, необхо- димые для дальнейших расчетов и отражающие суть изу- чаемого явления;
- привести обозначения, названия и размерности вели- чин, используемых в расчетных формулах; здесь же при-
7 водятся значения используемых в работе констант, взя- тые из описания или из справочных таблиц;
- нарисовать чертеж, рисунок, блок-схему, электриче- скую или оптическую схему, поясняющие идею приме- няемого метода измерений; на чертеже обозначить харак- терные величины;
- кратко сформулировать идею метода измерений;
- получить формулы для расчета относительной погреш- ности косвенных измерений.
Описание установки.
Занести в конспект перечень оборудования и приборов, используемых в данной лабораторной работе с указанием:
- названия
- диапазона измерения (число делений шкалы)
- цены деления
- класса точности (для электроизмерительных приборов)
- абсолютной погрешности прибора пример: вольтметр Э-515;
0-15 В; 150 делений;
0,1 В; класс точности 0,5;
U
0,5
15
0,075В
100
Выполнение работы.
Выполнение работы должно проводится в полном соот- ветствии с инструкцией и в той последовательности, кото- рая указана в работе.
Обработка результатов измерений
Все результаты измерений заносятся в соответствую- щие таблицы отчета, который в конце работы подписыва- ется преподавателем.
На черновике производится вычисление одного резуль-
8 тата, который подается преподавателю для проверки.
Только после проверки проводятся вычисление остальных результатов и заполнение оставшихся столбцов таблиц.
Для контроля в отчете приводится расчет одного ре- зультата в следующей форме: выписывается сначала фор- мула в общем виде, затем та же формула с подстановкой численных значений (без наименований, в системе СИ) и затем ответ. Промежуточные вычисления не приводятся.
Вычисление относительной погрешности проводится, так же как и вычисления расчетных величин. Если непо- средственно вычислялась абсолютная погрешность ре- зультата, то отдельно указывается и величина относитель- ной погрешности.
Записать окончательный результат в следующей форме
x
x
ср
x
Если в методическом указании требуется изобразить графически некоторую зависимость
y
f ( x )
, то необходи- мо представить ее на миллиметровой бумаге размером не менее 100
100 мм, проводя построения с помощью чер- тежных принадлежностей. График должен занимать не менее 75% площади, отведенной для него. Если из графика получены какие-либо численные данные (например, на- клон прямой), они указываются как на графике, так и в тексте отчета.
9
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ВНУТРЕННЕГО
РАСПОРЯДКА ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРЯХ
КАФЕДРЫ ФИЗИКИ
Выполнение приведенных ниже основных правил ра- боты в физической лаборатории является обязательным для всех студентов. Эти правила обеспечивают личную безопасность студентов, а также сохранность приборов и оборудования. Все студенты должны быть на первом заня- тии ознакомлены с этими правилами, после чего студенты и преподаватель, проводивший занятия, расписываются в книге учета инструктажа по технике безопасности. Сту- денты, не прошедшие инструктажа, к работе не допус- каются.
Общие правила работы в лаборатории
1. Студенты допускаются к выполнению лаборатор- ных работ только с разрешения преподавателя, после бе- седы
(допуска), на которой выясняется степень подготов- ленности студента. До допуска студент может с разреше- ния преподавателя внешне ознакомиться с приборами, но включать их и приводить в действие не разрешается.
По окончании измерений студент показывает полу- ченные результаты преподавателю, который проверяет и подписывает их (без подписи преподавателя работа не считается выполненной). После этого нужно отключить установку и привести в порядок свое рабочее место.
2. Студент обязан строго придерживаться всех указа- ний о порядке работы, данных в описании или полученных от преподавателя. Особое внимание должно уделяться указаниям, касающимся техники безопасности при работе с данным прибором, а также указаниям о предельных на- грузках, токах, напряжениях.
3. Студентам запрещается включать общие выключа-
10 тели на щитах. Запрещается также менять или трогать предохранители.
4. Брать приборы с других лабораторных установок за- прещается. В случае отсутствия нужного прибора обра- титесь к преподавателю или лаборанту.
5. Запрещается поворачивать какие-либо рукоятки или винты, нажимать кнопки, включать выключатели, назна- чение которых неизвестно или неясно студенту. Попытки "экспериментального" выяснения назначения таких ручек может привести к порче прибора, а иногда может быть опасным для экспериментатора и окружающих людей.
6. Наличие посторонних предметов на рабочем столе совершенно недопустимо. Кроме необходимых для работы приборов на столе могут находиться только рабочая тет- радь, карандаш или ручка. После работы необходимо уби- рать свое рабочее место.
7. Запрещается даже на короткое время отходить от работающей установки. Если нужно отойти - необходимо выключить все электрические приборы.
8. Входить в лабораторию и выходить из нее в часы за- нятий можно только с разрешения преподавателя.
9. Если студент испортит прибор, начав работать без разрешения преподавателя, или включив не проверенную преподавателем схему, или оставив работающую уста- новку без надзора, или в результате нарушения правил ТБ ремонт прибора или покупка нового производится пол- ностью за счет студента.
10. Работа в лаборатории требует большого внимания, аккуратности, сознательного и вдумчивого отношения ко всем выполняемым операциям. Не мешайте друг другу!
11. О любой замеченной Вами неисправности, а также о любом несчастном случае, происшедшим с Вами или с вашим товарищем, нужно немедленно сообщить препода- вателю или лаборанту.
11
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ
РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ КАФЕДРЫ ФИЗИКИ
Поражение электрическим током представляет боль- шую опасность для человека. Поэтому при всех работах с напряжениями, превышающими опасный предел, необ- ходима большая внимательность, осторожность и строгое выполнение правил техники безопасности. Довольно ши- роко распространенное небрежное отношение к опасности поражения электрическим током основано на непонима- нии природы этой опасности.
Протекающий через человеческое тело низкочастот- ный или постоянный ток силой 10 мА уже вызывает бо- лезненные ощущения. Ток силой 50 мА смертелен. Вели- чина тока зависит от приложенного напряжения и сопро- тивления тела, которое зависит от множества условий: от толщины и влажности кожи в месте контакта; от плотно- сти контакта и площади соприкосновения с проводником; от температуры и влажности воздуха. Поэтому все напря- жения выше 36 В считаются опасными, и при работе с ни- ми обязательно соблюдение следующих правил техники безопасности.
1. Сборка и разборка схемы, а также и любые исправле- ния в ней ни в коем случае не должны производиться под напряжением.
2. Металлические корпуса приборов, питающихся от сети, должны быть заземлены. Работая с электрической схемой или прибором, следует относиться к любой за- земленной аппаратуре, как к проводам, находящимся под напряжением.
3. При работе ни в коем случае не прикасаться к неизо- лированным токонесущим частям приборов, а по возмож- ности - вообще к металлическим деталям (они могут слу- чайно оказаться под напряжением). Помните, что опасным
12 может быть даже прикосновение к одному проводу, так как всегда есть возможность, что вы незаметно для себя прикоснетесь еще к одному проводу или к какому-либо за- земленному предмету.
4. Если при включении схемы (прибора) или во время работы наблюдается опасное отклонение или разогрев приборов, сильное искрение или другие опасные или не- понятные явления, следует прежде всего выключить схе- му, а затем попытаться разобраться в причинах ненор- мальности. В сомнительных случаях обязательно обра- щайтесь к преподавателю.
5. В случае воспламенения обязательно выключить электрическое напряжение и только после этого присту- пить к тушению пламени; немедленно сообщить препо- давателю или лаборанту.
6. Если кто-либо из окружающих попадет под напря- жение, выключите нужный рубильник (если нужно отры- вайте провода), но при этом избегайте прикасаться к по- страдавшему и действуйте осторожно, чтобы самим не оказаться под током. Выключив напряжение, окажите по- страдавшему первую помощь и немедленно сообщите преподавателю или лаборанту.
13
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Лабораторный практикум предоставляет широкие возможности для иллюстрации теоретических положений физики и знакомства с приборами, для приобретения на- выков измерений, опыта проведения экспериментов и уме- ния правильно обрабатывать результаты эксперимента.
Под измерением понимают сравнение измеряемой ве- личины с другой величиной, принятой за единицу измере- ния. Устройство, с помощью которого осуществляется сравнение измеряемой величины с единицей измерения, называют измерительным прибором.
При измерении любой физической величины обычно приходится выполнять три последовательные операции:
1) выбор, проверку и установку приборов;
2) наблюдение показаний приборов и отсчет;
3) вычисление искомой величины из результатов изме- рений, проведение оценки погрешности.
Измерения подразделяют на прямые и косвенные. При прямых измерениях определяемую величину сравнивают с единицей измерения непосредственно или при помощи из- мерительного прибора, проградуированного в соответст- вующих единицах. При косвенных измерениях искомая величина определяется (вычисляется) из результатов пря- мых измерений других величин, которые связаны с изме- ряемой величиной некоторой функциональной зависимо- стью.
При измерении любой физической величины невоз- можно получить ее истинное значение. Это объясняется как ограниченными возможностями процесса измерения, так и природой самих измеряемых объектов. Поэтому не- обходимо как-то указать, насколько полученный результат