Лабораторный практикум по физике оптика

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный архитектурностроительный университет»

Кафедра физики

Лабораторный практикум по физике

Оптика и квантовая физика

Самара 2007

1

УДК 53(07)

Лабораторный практикум по физике. Оптика и квантовая физика / Под ред. Н.С. Бухмана. Самарский государственный архитектурно-строительный университет, Самара, 2007. 176 с.

Авторы: Бухман Н.С., Гурьянов А.М., Зынь В.И., Иванов М.Г., Киселева Е.И., Коростелев Ю.С., Коростелева Н.А., Крикова Л.П., Куликова А.В., Пашин А.В., Сазонов В.П., Семенов А.В., Тиранин В.Е., Трофимова Л.А.

В лабораторном практикуме содержатся описания лабораторных работ по оптике и квантовой физике для студентов первого и второго курса очной и заочной формы обучения специальностей 290500 «Городское строительство и хозяйство», 060800 «Экономика и управление на предприятии (в строительстве)», 290300 «Промышленное и гражданское строительство», 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция», 330400 «Пожарная безопасность», 071900 «Информационные системы и технологии», 080507 «Менеджмент организации», 220501 «Управление качеством», 290400 «Гидротехническое строительство», 290600 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 290800 «Водоснабжение и водоотведение», 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы», 291300 «Механизация и автоматизация строительства», 291500 «Экспертиза и управление недвижимостью», 330200 «Инженерная защита окружающей среды» СГАСУ. Кроме краткой теории и описания лабораторных работ практикум содержит правила оформления лабораторных работ, методику обработки результатов и технику безопасности при выполнении работ.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета Номер лицензии на издательскую деятельность ЛР №

020726 от 25 февраля 1998 г.

Настоящее пособие не может быть полностью или частично воспроизведено, тиражировано (в том числе ксерокопировано) и распространено без разрешения Самарского государственного архитектурно-строительного университета.

Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 443001 Самара, ул. Молодогвардейская, 194.

© Самарский государственный

архитектурно-строительный университет, 2007

2

1. ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящего лабораторного практикума является оказание помощи студентам высших учебных заведений в изучении курса физики. В структуре курса общей физики лабораторный практикум занимает одно из главных мест. Обучение практической физике студенты самарского государственного архитектурно – строительного университета проходят в учебных физических лабораториях в течение первых трех семестров. Основными задачами лабораторного практикума по физике являются:

-знакомство студентов с измерительными приборами;

-приобретение навыков проведения измерений и изучение их основных методов;

-наблюдение и анализ ряда физических явлений. Методические указания к выполнению каждой лабораторной

работы состоят из двух частей: основ теории и описания экспериментальной работы. Теоретические основы экспериментальных задач, вошедших в сборник, дополняют лекционный курс. Проработка и усвоение теоретической части лабораторного практикума не освобождает студентов от самостоятельной работы с другой учебной литературой. Экспериментальная часть лабораторных работ состоит, как правило, из нескольких заданий, выполняемых по указанию преподавателя.

В практикум вошли лабораторные работы из различных разделов третьей части курса общей физики (оптика и квантовая физика).

3

2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ В ЛАБОРАТОРИИ «ОПТИКА»

1.Общие требования безопасности

1.1.К проведению лабораторного практикума по физике студенты в верхней одежде не допускаются.

1.2.Сумки, портфели, тубусы складываются в специально отведенном месте. К рабочему месту студенты допускаются только с необходимыми канцелярскими принадлежностями и методическими указаниями по выполнению лабораторных работ.

1.3.В лаборатории строго соблюдается учебная дисциплина, запрещается бесцельное хождение по лаборатории.

1.4.При проведении лабораторных работ возможно воздействие следующих опасных и вредных производственных факторов:

-поражение электрическим током при работе с электроустановками;

-термические ожоги при нагревании жидкостей и различных физических тел;

-порезы рук при небрежном обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла;

-возникновение возгараний при неаккуратном обращении с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями или коротком замыкании в электрической цепи;

-лазерное излучение.

1.5.При проведении лабораторных работ студент обязан соблюдать правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения и электрического щита по обесточиванию лаборатории.

1.6.При неисправности оборудования, приспособлений и инструмента прекратить работу и сообщить преподавателю или лаборанту.

1.7.Студенты, допустившие нарушение инструкции по охране труда, отстраняются от выполнения лабораторной работы

иподвергаются внеочередной проверке знаний норм и правил охраны труда.

4

2.Требования безопасности перед началом работы

2.1.Студент обязан внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы, а также безопасные приемы ее выполнения.

2.2.Студент обязан подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

2.3.Студент обязан проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла.

3.Требования безопасности во время работы

3.1.Лабораторную работу могут выполнять одновременно не более двух студентов. Около установки во время проведения измерений могут находиться только выполняющие эту работу, лаборант или преподаватель. Другим лицам находиться у рабочего места запрещается.

3.2.Студент обязан соблюдать осторожность при обращении

сприборами из стекла и лабораторной посудой, не бросать, не ронять и не ударять их.

3.3.Необходимо следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях, не прикасаться и не наклоняться близко к вращающимся и движущимся частям машин и механизмов.

3.4.Запрещается пользоваться разбитой или треснутой стеклянной посудой, применять приборы и устройства, не соответствующие требованиям безопасности труда. Запрещается применять оборудование, приборы, провода и кабели с открытыми токоведущими частями.

3.5.При сборке электрических схем следует в начале присоединить все провода, кроме проводов, идущих от источника питания. Подключить источники питания или включать приборы в сеть можно только после того, как вся схема будет проверена лаборантом или преподавателем. Следует помнить, что нарушение правил включения электрических схем приводит к порче приборов.

5

3.6.Протирать оптическое стекло случайными предметами запрещается. Для этой цели следует пользоваться специальными салфетками, взятыми у лаборанта.

3.7.Студент обязан не допускать попадания лазерного луча в глаз человеку.

3.8.Студент обязан не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

3.9.Студент обязан не оставлять без надзора не выключенные электрические устройства и приборы.

4.Требования безопасности в аварийных ситуациях

4.1.При обнаружении неисправности в работе электрических устройств, находящимся под напряжением, повышенном их нагревании, появлении искрения, запаха горелой изоляции и т.д. немедленно отключить источник электропитания и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

4.2.При коротком замыкании в электрических устройствах и их загорании, немедленно отключить их от сети. Студенты должны организованно покинуть лабораторию. О пожаре сообщить по телефону «01» (с мобильных телефонов – 112) и приступить к тушению очага возгорания с помощью первичных средств пожаротушения.

4.3.В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать осколки незащищенными руками,

аиспользовать для этой цели щетку и совок.

4.4.При получении травмы оказать первую помощь пострадавшему. При необходимости отправить пострадавшего с сопровождением в здравпункт университета (кабинет №381, тел. 339 – 14 – 00).

5.Требования безопасности по окончании работы

5.1.Студент обязан отключить источник тока и разобрать электрическую схему.

5.2.Студент обязан привести в порядок рабочее место, сдать преподавателю или лаборанту приборы, оборудование и материалы.

6

3. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Выполнение каждой лабораторной работы проводят по следующей схеме:

1.Внимательно читают описание лабораторной работы в данном практикуме. Бесполезно приступать к выполнению работы без четкого представления об основных чертах теории изучаемого явления. Поэтому студент в обязательном порядке предварительно проходит собеседование по основным теоретическим вопросам изучаемого явления с преподавателем, который дает допуск к практическому выполнению работы.

2.Знакомятся с приборами и принадлежностями, которые необходимы для проведения работы. Работу с незнакомыми приборами можно начинать, лишь прочтя до конца инструкции и выяснив все необходимые меры предосторожности. Не следует вскрывать приборы, прикасаться пальцами к оптическим поверхностям и тонким деталям. Нужно вырабатывать в себе бережное отношение к оборудованию.

С другой стороны, ознакомление с прибором должно быть активным. Необходимо не только осмотреть и понять принцип действия прибора, но и установить нулевые показания стрелок, удалить грязь с оптических поверхностей и т.д.

Приступают к установке приборов или сборке установки в соответствии с описанием. Иногда работа выполняется на готовой установке.

3.Производят измерения физических величин. Эта часть работы является наиболее ответственной и ее надо проводить очень аккуратно и тщательно, согласно указаниям, которые даны

вданном практикуме по каждой лабораторной работе. Все результаты измерений записываются в таблицы, которые даны в конце каждой работы.

4.Обрабатывают результаты измерений: вычисляют искомую величину по расчетным формулам и определяют погрешности измерений.

Для оформления отчетов по физическому практикуму необходимо завести специальную тетрадь, которая должна предъявляться преподавателю во время сдачи работы.

Запись в тетради проводят в следующей последовательности: а) записывают название и номер работы;

7

б) дают краткое описание теории метода и измерительных схем и установок, подготавливают таблицу для записи результатов измерений с указанием единиц измерения в системе СИ;

в) в таблицу вносят результаты всех первичных измерений; г) по расчетной формуле проводят вычисление определяемой

величины; д) вычисляют погрешности измерения;

е) при необходимости строят график.

Пункт б) отчета рекомендуется подготовить дома.

8

4. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

1. Виды измерений

Физическая величина – это характеристика одного из свойств физического объекта (системы, явления или процесса). Значение физической величины выражается произведением ее числового значения на выбранную для этой величины единицу. Различают истинное значение физической величины, идеально отражающее свойства материального объекта, и действительное

– значение, найденное экспериментально.

Измерение физической величины заключается в определении опытным путем с помощью специальных технических средств ее численного отношения к однородной ей величине, принятой за единицу.

Различают прямые, косвенные и совместные измерения. Прямым измерением называется измерение физической величины, при котором ее значение находят непосредственно из опытных данных. К таким измерениям относят измерения с помощью приборов, проградуированных заранее в определенных единицах, либо путем непосредственного сравнения физической величины с ее мерами (например, измерение длины с помощью линейки; измерение сопротивления омметром). Косвенным измерением называется измерение физической величины, при котором ее значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, значения которых получены прямыми измерениями (например, определение сопротивления по напряжению и току, измеренным вольтметром и амперметром соответственно). Совместными называются измерения, при которых одновременно измеряют две и более неоднородные величины для нахождения зависимости между ними или определения параметров этой зависимости (например, измерение тока при различных значениях напряжения для проверки закона Ома).

2. Погрешности измерения

Поскольку не существует абсолютно точных приборов и методов измерений, результат измерения в какой-то мере отличается от истинного значения. Измерения всегда сопровождаются ошибками или погрешностями.

9