fizika_metodichka
.pdfКа едра общей изики
ËÀÁÎАКТИКУМТО НЫЙ П ПО ФИЗИКЕ
Учебное пособие к лабораторным работам курсу общей изики
Издательство Алтайского ãîñóдарственного университета Барна л 2005
университет Барнаул, 2005. 150 с. |
|
|
|
||||||
ецензент: |
|
|
к. .-м.н., доц. М.Ю. Свердлов |
|
|
||||
Пособие со |
жит описания лабораторных работ по вс м разделам |
||||||||
общего курса |
зики. В основу практикума положены перåработ |
|
|||||||
рой общей |
изики, |
ò |
е ка едрами эксперимент льной |
теорети |
|
||||
ской изики Алт У. Вакжаждой работе приводятся краткая теория изуанные÷ |
|||||||||
авторами методерческие указания, выполненные большей частью ка ед |
|
||||||||
емого вопроса, описание экспериментальной ст |
порядок выпол- |
||||||||
нения лаборатор ой работы. Указана литератураановки,даны |
онтрольные |
||||||||
вопросы. |
|
|
предназначено для студентов химического, биологического, |
||||||
г ограПособиеич ского и математического акультетов государственных уни- |
|||||||||
âåрситетов. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ÓÌÄ 2005 ã., ï. 68 |
Ïå÷àòь о сетная |
|
||||||
БумагПлано сетная. |
|
|
|
||||||
Подписано в печать 01.11.2005 ã. |
Ôîðì |
60 x 90/16 |
. |
||||||
Усл.- печ.л. 6. Тираж 100 экз. |
Заказ |
||||||||
Оригинал макет подготовлен Е.А. Злобиным и К.В. Соломатиным с |
|
||||||||
656049,ТипограБарнауия Ал,тайскогоДимитрова,помощьюгосударственного66пакетаLAT Xуниверситета:
E
Бук тый В.И., Злобин Е.А., Соломатин К.В.Алтàйский государственный университет, 2005
1 |
Äâèæ |
тела, брошенного под углом к горизонту |
|
|
|
|||
2. Измерение скорости полета пули с помощью баллистического |
. |
|||||||
маятник . . . . . . . . . . |
|
|
|
|||||
3 |
Механические |
колебания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
||||||
4. |
Определение моментов инерции различных тел методом кру- |
|
||||||
тильных колебаний . . . . . . . . |
|
|
|
. |
||||
5 |
Изучение связанных колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|||||||
6. |
Определение момента инерции махового колеса методом сво- |
|
||||||
бодных колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
. . . . . |
|||||||
7 |
|
модуля Юнга из растяжения |
|
|||||
8. Определение коэ ициента вязкости жидкостипроволокиапиллярным |
|
|||||||
вискозиметром . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
||||||||
ного11термодинамическ109. .. |
P / V |
|
|
|
|
|||
|
|
|
èполупровозмененияСспособамидлявоздухадлинывоздухаэнтропии.свободного.. ..методом.. воздух.. .. .. пробега.. Клеманаатистическим.. ст.. .. .. и.. э.. ..Дезорма..ектив.. . .и-. |
|||||
|
ОпределениеОпределениеОпределениедиаметрамолекуСсредней |
|
|
|
|
|||
2 |
сследование |
|
дникового термосопротивления |
|
||||
3 |
Измерение сопротивлений при помощи моста Уитстона . . . . |
|||||||
14. Определение горизонтальной составляющей напряженности |
|
|||||||
|
|
поля Земли . . . . . . . |
. . . . . . . . . . |
. . . . . . . |
||||
магнитного15. Перех дные процессы в системе |
с конденсатором |
|||||||
5
17
294
395
44
6755504
75
850
17ник тока от его нагрузкиокусного расстояния собирательной и рассеи- |
. |
91 |
||||
вающей линз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
96 |
|||||
19. Определение |
волн излучения ртутной лампы с помощью |
|
|
|||
8 |
|
|
световой волны с помощью колец Ньютона102 |
|||
бипризмы Френелядлиныдвойной щели . . . . . . . |
|
08 |
||||
0 |
|
Фраунго еровой ди ракции света |
|
13 |
||
1 |
зучение |
оптических голограмм |
|
|
||
|
|
света . . . . . . . . . . . . . . . . . |
126 |
|||
23. Исслед ваниеполяризованногонапряжений |
в прозрачных твердых телах |
|
2 |
|||
методом отоупругости . . . . . . . |
. . . . |
|
||||
4 |
|
законов |
излучения |
|
36 |
|
25. Изучение |
спектра тепловогоатома дорода . . . . . . . . . . . . . . . . |
143 |
||||
4
Ц ль р оты: Изучен |
О ИЗОНТУ |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
кинематики равнопеременного движения |
|
|
|||||||||||||||||
О ору о ни : Пружинный п |
столет на |
|
дставке, рулетка, установка |
||||||||||||||||
|
|
для определения коэ ициента упругпости |
|
|
|
||||||||||||||
|
 |
|
|
|
|
1. К АТКАЯ ТЕО ИЯ |
материальной |
íà |
|||||||||||
|
|
аботе проводится изучение |
|
|
|
|
|||||||||||||
прим ре исследов ния полет |
|
|
òåëà â |
сил яжести. Задача сводится |
|||||||||||||||
ê óñòà |
|
|
з конов движения кинематикивдоë оординатных осей, т.очки. |
|
- |
||||||||||||||
õ |
|
|
овлениюуравнений, позво яющих опр делить |
|
любой момент времени |
||||||||||||||
õîждению |
|
äâ æ |
|
|
|
начальной |
|
оростисистемети, проходинат |
|||||||||||
ï ëî |
|
ение движущегося |
òåëà |
|
заранее выбранной |
êîîð |
|
. |
|||||||||||
Затем по |
|
|
закону |
|
движения решается частная задача по |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
известномувдоль дной из |
îñ é. Îäèí èç ýòèõ |
параметров, начальная |
|||||||||||||
к рость,теломпараметровж быть определения:на, |
|
|
скпомощь пружинного пи |
|
|||||||||||||||
ìîãîñ лет . При зарядк |
пружинного пистолет |
мы совершаем работу про- |
|||||||||||||||||
тивпотенциальнойсил упругости,энергиейсжимая пружинунапример,l. Сжатая пружина обладает
ãäå |
U = |
k · (Δl)2 |
, |
(1) |
|
2 |
|
|
|
пэнергиюстрелеîтеривыполняетсПриk потенциальнаяэнергиикоэвыстрелетела(вициентзакондальнейшемэттрениеупруэнсохэнергияргиянебольшие,аненияостибудемперехпружиныпружмеханическназдиттонымоватьв(1). жнокинетичпереходиттелойсчитать,энергиипулей)скуювчто.энергиюТогдакинетическуюприближ.Есливыен-
m · v2
ãäå T = 0 , (2)
2
v
Значит0 скорость пули в момент выстрела.
2 |
k |
l |
2 |
|
|
m · v0 |
= 5 |
· (Δ ) |
|
. |
(3) |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
k |
Так м образом, для |
отыскания началüíой скорости пули нужно знать(4) |
||
v0 |
= l · |
r m . |
|
Чтобыm, l инайтиk; lклегкоэ ициентизме ть,упругомасñтиа пулипружиныопределяется взвешиванием.
женьновкой,2. изображеннойСверхунапружинунарисунккладетс1ая-платб.Пружинаормаk3,.1воспользуемсянадеваетсяна стеру- |
|||||||||||||||||||
|
Помещая на |
|
|
|
|
|
ìàñ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
грузы 5, нахплатдимормупо шк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
отсчетсивные4смещениеотполопружиныенияl, производя его |
|
43210 |
32 |
43210 |
4 |
43210 |
43210 |
||||||||||||
ношеляемогоейагружормыпренебречьупругплоскостииксировать.еннойМассойпоîстиверхнему.определитсяповерТогдаплатурхностиормыкоэ.внюк,Егоîíöóпредепоплатмонижицилучизне |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
åíò |
|
|
|
|
l0 |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вестной рмуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
198765210 |
1 |
198765210 |
l |
198765210 |
5 198765210 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l0 |
|
|
èñ. 1. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
коИзмеренияразвследуетченикаk = ñòâïеовторить. |
несколь(5)- |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
среднее зна |
å |
k взять его |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
äå |
|
|
|
|
|
|
|
k = |
|
· |
|
ki |
, |
|
|
|
(6) |
||
|
|
|
|
|
|
|
n |
i=1 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
число измерений, |
|
|
|
|
|
|
|
li |
значение коэ ициента упру |
||||||||
сти, вычисляемое при нагрузке |
|||||||||||||||||||
ã |
n |
|
|
|
|
ki |
= Fi/ |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
пружинагрузов смещения,равнойсуммарнойпистолетсилеяжести |
||||||||||||
помещенных на плат орму |
|
|
|
|
|
Fi |
|
|
|
|
|
|
|||||||
чального"выстреле"зажимполоения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
li, змеря |
ìîì îò íà- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
произвольный. Есличину перь пулю |
|||
3 вставить |
пистолетl01,нетонагруженнойсожметсплат ормына |
|
|
||||||||||||||||
начальнуюПри |
скорость |
|
2 поднимаетсопределяемуюдитьспуля выл |
àåò |
|
l′ (ðèñà,èìåÿ.2). |
|||||||||||||
âðåìДалее.яениЗнаяполетаиопределим,кудасилу.Наонатяжнееупадетсти,дейсгбудетможно.вуетассмотримнахсиланайти6яжестиусксоотношсилы,орениепуляниемпулисопро(4)из . |
орогоивлениянапулюмоментзаконавозво- |
||||||||||||||||||
äóõà |
|
|
v0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
действующиеñèëà |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
èâВторойдля материальнойзак Ньютона справедÏó - |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
я имеетнас интересуютконечные размерыееточкиоордина. Íî, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
åñëèы точ стью до ее размеров, пу |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
èñ. 2. |
|
|
l′ 3 |
|
рассмотримниелойчтоемточклю иИтак,.частьмоойупругости,вращениемжно. Привработы,считатьестоэомухдвиженияпули,совершмыдитмапреточериальнойнаемойпулиеевращебрегтем,симы |
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
модельную задачу дви- |
|||
жение материальной точки в поле т |
åñòè. |
||||||||||||
аков: нужно решить |
|||||||||||||
СправедливыЕсли резу |
ли наши предполояжения? Ответ |
||||||||||||
|
ате опыта |
получится, что теоретические резу аты |
|||||||||||
модельную задачу |
|
предск зать, где должна нах |
диться |
||||||||||
|
с экспериментал ными, то следует считать нашиматериальнаяприближ - |
||||||||||||
совпадаютния мопроизвольныйвполне приемлемыми. |
|
|
|||||||||||
òî÷ê |
|
|
|
|
|
момент времени. |
|
||||||
Запишåм второй закон |
Íüþ- |
|
|
|
|||||||||
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ремВведемтонаосьm~îñèa =координатF = m~g;. ~aÂûáå= ~g-. |
y |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
екцияудобно,горизонтускоренияOyакальновертикак(риснатогдаально,.ось3). проЭтоOx- |
|
~v0 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v y |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ox: |
v0x |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ax =Теперь0 а нанайдемOy: ay = −g. |
|
|
èñ. 3. m~g |
||||||||||
|
лярноие |
|
vx |
è |
vy |
|
|
|
|
||||
перпендикуТак ак скоре |
|
|
направле . |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Ox è ax = |
0 |
|
x |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
dvx/dt = 0 |
, òî |
|
vx |
постоянно |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ñîvxвременем= const,.)Значит,.е.не меняетсскорость по |
|
|
|
||||||||||
ла. Пусть |
|
этот момент |
|
|
|
Ox такая, как и была в момент выстре- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
t = 0, ò.å. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
vx = v0x =7 v0 cos α . |
(7) |
||||
|
|
выстрела |
|
ay |
dvy |
|
|
|
|||
момент |
|
=ñê dt |
= −g. îñè Î |
|
|||||||
|
|
начальная |
îðîñòü ïî |
|
y равна v0y = v0 sin α. |
||||||
 произвольный момент времени |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
t скорость по оси Oy будет равна |
|||||
Теперь найдем ксординатыvy = v0 sin α − gt . |
|
|
(8) |
||||||||
|
|
|
|
|
x è y. Из (7) следует, что скорость вдоль оси |
||||||
Ox не меняется |
временем |
|
|
|
|
|
|
||||
Значит, закон движения вдоль |
dx |
оси будет иметь вид |
(9) |
||||||||
|
|
|
|
|
vx = ýòîé= v0 cos α . |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
По аналогии с этим закон движения по оси |
|
|
(10) |
||||||||
|
|
|
|
|
x = (v0 cos α)t . |
|
|
|
|||
дующим образом |
|
|
|
|
Oy можно представить сле- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
gt2 |
|
|||
íà |
|
|
èальная(11)позволяютточкпадениялюбойответитьмомåíàò âреопроснужноени.Еслитом, мыгде хотимбудет(11) |
||||||||
Выражйтиденияхокоординатутьсенияматер(10) |
|
y = h + (v0 sin α)t − |
2 . |
|
|||||||
ï |
|
|
xп точки |
|
ïóëè (ðèñ. 3), |
узнать время |
|||||
èç (11) |
|
tï . Ýòî ëåãê |
сделать, так как y при этом равно нулю. Тогда |
||||||||
|
|
|
|
0 = h + (v0 sin α)tï − |
gt2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
, |
|
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||
s
|
|
|
v0 sin α |
|
|
v02 sin2 α |
|
2h |
|||
Так как пуля упадетппосле выстрела, которыé ïðîизошел |
|||||||||||
|
|
t = |
g |
± |
|
g2 |
+ g . |
||||
tï > 0, ò.å. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10), |
tï = |
g |
+ s |
|
g2 |
+ g . |
||||
|
|
|
v0 sin α |
|
|
v02 sin2 α |
|
2h |
|||
Èç |
|
используя (13), ïîëó÷èì |
|
|
|
|
|
|
|||
x√g
v0 = p 8 .
2 cos α(x sin α + h cos α)
ïðè (12)
t = 0, òî
(13)
(14)
ние дальности полета ли, позволяет судить о справедливости части |
|||||||||||||
сделанных нами допущений. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Схема эк |
2. ПО ЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ АБОТЫ |
|
|
||||||||||
риментна рисункспе4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
альной уста- |
|
|
|
|
|
|
|
||||
овки изображ - |
|
8 |
|
5 |
|
|
7 |
|
|||||
лавной |
частью |
|
|
|
|
|
|||||||
ее является пру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
жинный |
писто |
|
|
4 |
|
3 |
|
6 |
|
||||
яющий |
èç ñåáÿ |
|
|
|
|
|
|||||||
åò 1, |
|
|
|
àâ |
|
|
|
|
|
|
|
||
цилиндр |
|
ïðó |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ленныйпредстпомо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
жиной 2, скреп |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|||||
ùüþ |
держателя |
|
|
|
|
|
|
||||||
3 с подставкой 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Цилиндр может |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
п ворачиваться во- |
|
|
èñ. 4. |
|
|
||||||||
íîé îñè íà ïðî- |
|
|
|
|
|
||||||||
круг горизонталь- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
вольный угол, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
èçмеряемый |
ïî- |
|
5. Е ли пружину жать встав яемым в |
||||||||||
мощью дугового |
|
||||||||||||
|
|
пистолет |
теломтранспортира6, затем оñвободить |
стопор 7, то теë |
приоб- |
||||||||
ести. Начальная скорость тела определÿется, очевидно, велич ной |
|||||||||||||
ретет некоторую скорость будет двигатьс |
в дальнейшем в поле сил |
||||||||||||
стволяж |
|
|
упругими свойствами пружины, характеризуемыми коэ и- |
||||||||||
назатиячениеí |
êîòî |
|
|
|
рисунками 1приспособленияа, . |
8, |
|||||||
öèå òîì |
|
|
|
. Последний нах дится помощью |
|
||||||||
Èçìå |
упругостиния ðîвгодятсяпроиллюстрированоследующей последовательности. |
|
à- |
||||||||||
1 Îïðåделите массу пули (масса пу |
|
может быть приведена на |
|||||||||||
2. |
С помощью приспособления 8 определите коэ ицие |
|
|
||||||||||
пружины (сделайте не менее 5 измерений). езультаты заíеситеупругостив аб- |
|||||||||||||
новке). |
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
||
ëèöó 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
N21. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Fi |
|
li |
|
|
|
ki |
|
|
|
|
|
k |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α = 0, |
α = |
|
π |
|
α = |
π |
|
|
ò. |
|
|
|
. Ïðî |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ëà, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Вычислите v0 по ормуле (4), подставиввместонее найденные значения |
||||||||||||||||||||||||||
при выстр лах. Сог асно рисунка 2 |
(4) |
|
|
|
жатия |
|
l′ |
, определяемую |
||||||||||||||||||||
m (согласно п.1), k (согласно п.2) и величину |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
Выберите угонапримерë, подля оторым вылетает пуля, ак, ч обы . ормуделав |
||||||||||||||||||||||||||
(4) 4упростилась,. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l беретс |
|
l′ |
||||||||||||||||
полетне менее 5 выстрелов |
выбранного уг4 |
по измеренной3 |
|
|
|
|
|
|
дальности |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
найдите |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
x |
v0 . езультаты заносятся в таблицу 2Таблица. 2 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
• ï/ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
α, 0 |
|
x, ì |
|
|
|
|
, ì |
|
|
|
|
0, ì/ñ |
|
|||||||||
|
|
|
N21. |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
v |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 Сравни v
åãî 6. Измерьсравнитеру0 найденныеткойрасстояниедвумяспдîсобамимест.падения пули, обозначив зульполучить,x•атыэкспп/пзанеситеподставляятаблицусвтеоретическимвыражение3.(10)значениемвремяизxтвыраженияор , котороеТаблица(14)можно3.е-
N21. |
α, 0 |
v0, ì/ñ |
xò îð, ì |
xýêñï, ì |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|