физика
.pdfЮжно-Уральский Государственный Университет Кафедра общей и теоретической физики
Лабораторная работа № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ОБОРОТНОГО МАЯТНИКА
Bыполнил(а)__________
гр. _________
“______”________20___г. Проверил ___________
“______”________20___г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
51
l1
l2
В
|
|
|
|
|
|
СХЕМА УСТАНОВКИ |
|
|
||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 – |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 – |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 – |
|||
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
4 – |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
5 |
|
6 |
|
|
|
|
5 – |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 – |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
1 – |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
МЕТОД ИЗМЕРЕИЙ |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
а) оборотный маятник |
||||||||||||
|
|
+ |
2 |
|
|
|
+ |
2 |
|
= 2π√ |
0 |
1 |
|
; и |
= 2π√ |
0 |
2 |
|
; – |
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
g 1 |
|
|
2 |
g 2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
0 ––
1 = 2 = 0 –1 = 2 = 0 –
Расчетная формула: g= 4π220;
0
|
|
|
б) математический маятник |
||
|
|
|
|
4π2 |
|
= 2π√ |
|
; |
→ расчетная формула: g= |
; |
|
g |
2 |
||||
|
|
|
52 |
|
|
Задание 1. Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника
= 2π√g;
ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
, м |
, с |
|
, с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g = |
4π2 |
= |
|
|
= |
|
|
|
м |
. |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
с2 |
|
|
|||||||||
|
Оценка погрешности измерений поводится сравнением полученного |
||||||||||||||||
результата с табличным значением gтабл = 9,80 |
м |
: |
|
|
|
||||||||||||
2 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
∆g = g − gтабл = |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Задание 2. |
Определение ускорения свободного падения с помощью |
|
|
||||||||||||||
|
|
оборотного маятника |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1, с |
1, с |
№ |
|
|
, м |
2, с |
|
|
2, с |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По графику |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяем: |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 = |
см; |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 = |
с; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Зависимость периодов колебаний 1 и 2 оборотного маятника от расстояния между осями
, с
, см
РАСЧЕТ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ
g = |
4π2 0 |
= |
|
= |
м |
; |
2 |
|
с2 |
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ проводится сравнением полученного результата с табличным значением
gтабл = 9,80 |
м |
: |
|
|
|
2 |
|
|
|
||
|
с |
|
|
|
|
|
|
∆g = g − gтабл = |
|
|
|
|
|
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЙ |
|
|
|
Ускорение свободного падения |
|
м |
|
||
|
|
g = gэксп ± ∆g; → g = ( ± |
) |
. |
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
с |
|
ВЫВОД
54
Южно-Уральский Государственный Университет Кафедра общей и теоретической физики
Лабораторная работа № 12
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВОЗДУХА
|
Bыполнил(а)_______________ |
|
гр. _________ |
. |
“____”________ 20___г. |
|
Проверил _________________ |
. |
“____”________ 20___г. |
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
55
СХЕМА УСТАНОВКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
––
–0 –
Б –
М – Н –
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ
Состояния воздуха на диаграмме − :
1 – начальное состояние газа перед адиабатическим расширением;
2 – состояние газа сразу после адиабатического расширения; 3 – состояние воздуха после нагрева воздуха, охлажденного в процессе 1-2.
Уравнения процессов на диаграмме − :
|
γ = γ; |
= ; |
|||||
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
3 |
Связь давлений воздуха с показаниями манометра и :
1 = 2 + ρg; |
3 = 2 + ρg. |
Соотношение показания манометра (в состоянии 3 на диаграмме) для равновесного адиабатического процесса 1-2 и измеряемых ′ показаний манометра после процессов 1-2, протекающих в течение
времени :
′ = −α ,
где α – постоянная установки.
Расчетная формула величины отношения теплоемкостей воздуха γ:
γ = − .
56
Задание 1. Изучение изопроцессов в газе ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
НАЗВАНИЕ И НАПРАВЛЕНИЕ |
|
СООТНОШЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА |
|
|||||
|
ПРОЦЕССА |
|
В БАЛЛОНЕ |
И |
В ЛАБОРАТОРИИ |
|
|||
|
|
|
|
||||||
ПРОЦЕСС |
(СЖАТИЕ |
|
, |
|
|
|
, |
|
|
|
ИЛИ РАСШИРЕНИЕ |
|
|
|
|
|
л |
л |
|
|
НАГРЕВАНИЕ, ИЛИ ОХЛАЖДЕНИЕ) |
Начальные |
|
|
Конечные |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
1–2 |
|
> |
= |
2 |
л |
|
|
||
|
1 |
л |
1 |
л |
|
|
2 |
л |
|
2–3 |
|
2 |
л |
2 |
л |
3 |
л |
3 |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3–1 |
|
3 |
л |
3 |
л |
1 |
л |
1 |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 2. Определение отношения теплоемкостей ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ
Таблица 2 Координаты
, с 5 10 15 20 25 средней точки
̅=
= мм ′, мм
|
′ |
|
̅̅̅̅̅ |
|
||
ln |
|
ln |
′ |
= |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость показания манометра ′ от времени протекания процесса1–2 ln′
, с
57
ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
Экстраполяция по графику:
при = 0: ln = ; → = мм.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ а) по результатам опыта
γэксп = − = =
б) теоретический расчет (по формуле МКТ)
γрасч = +2 = =
Здесь – число степеней свободы молекул воздуха (O2 и N2) = 5.
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ (проводится сравнением с результатом теоретического расчета )
∆γ = γрасч − γэксп =
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЙ:
γ = γэксп ± ∆γ; → γ = ±
ВЫВОД
58
Часть II ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Состав дисциплины: лекции 10 ч., лабораторные занятия 10 ч., экзамен.
5.1. Программные (экзаменационные) вопросы
1. Электрический заряд, его свойства. Законы сохранения и квантования заряда. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона. Характеристики неточечных зарядов.
2.Электростатическое поле (ЭСП), его характеристики – напряженность, индукция и потенциал. Графическое изображение полей. Поле точечного заряда. Сложение электрических полей.
3.Методы вычисления напряженности. Применение принципа суперпозиции для расчета ЭСП, создаваемых неточечными зарядами.
4.Поток напряженности электрического поля. Теорема
Остроградского – Гаусса. Примеры применения теоремы Гаусса для расчета электростатических полей.
5. Работа сил электростатического поля по перемещению точечного заряда. Потенциальность электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности. Выражение работы через разность потенциалов.
6. Связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом. Градиент потенциала. Вычисление потенциала ЭСП, создаваемых неточечными зарядами.
7.Микроскопическое строение диэлектриков. Жесткий и мягкий диполь в однородном и неоднородном электростатическом поле.
8.Поляризация диэлектрика. Вектор поляризации, диэлектрическая восприимчивость. Поверхностные связанные заряды.
9.Электрическое поле в диэлектрике. Физический смысл относительной диэлектрической проницаемости. Связь векторов поляризации, напряженности и индукции.
10.Сегнетоэлектрики, диэлектрический гистерезис, домены. Пьезоэлектрический эффект.
11.Проводники. Условия равновесия зарядов в проводнике. Распределение избыточных неподвижных зарядов на поверхности проводника.
12.Проводники во внешнем электростатическом поле. Возникновение наведенного заряда на поверхности проводника.
13.Электроемкость проводника. Емкость шара. Емкость конденсатора, системы конденсаторов.
14.Энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия ЭП. Плотность энергии ЭП.
15.Постоянный электрический ток. Основные понятия: сила тока,
ЭДС, напряжение, разность потенциалов, сопротивление проводников и полупроводников.
59
16. Закон Ома в |
интегральной |
форме |
для |
однородного |
и неоднородного участка |
цепи и для |
замкнутой |
цепи. |
Закон Ома |
вдифференциальной форме.
17.Работа постоянного тока в проводнике. Мощность. КПД источника тока в электрической цепи. Закон Джоуля – Ленца в интегральной
идифференциальной форме.
18.Классическая электронная теория электропроводности. Вывод закона Ома в дифференциальной форме.
19.Классическая электронная теория электропроводности. Вывод закона Джоуля – Ленца. Недостатки классической теории.
20.Правила Кирхгофа. Их применение для расчета сопротивления цепи при параллельном и последовательном соединении проводников.
21.Магнитное поле. Векторы магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Закон Био – Савара – Лапласа.
22.Применение закона Био – Савара – Лапласа для расчета индукции магнитного поля прямого тока.
23.Применение закона Био – Савара – Лапласа для расчета индукции магнитного поля в центре и на оси кругового тока. Магнитный момент кругового тока.
24.Закон Ампера. Взаимодействие прямых длинных параллельных
токов.
25.Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока, его применение для расчета магнитного поля соленоида и тороида.
26.Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа, совершаемая при перемещении проводника и рамки с током в магнитном поле.
27.Сила Лоренца, ее характеристика. Формула Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном поле.
28.Эффект Холла, его объяснение.
29.Магнетики. Электронные микротоки в атоме. Прецессия
электронов атома в магнитном поле. Магнитные свойства атомов
имолекул.
30.Магнитное поле в веществе, намагничивание вещества. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость и относительная магнитная проницаемость вещества.
31.Виды магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Зависимость их свойств от напряженности МП.
32.Ферромагнетики. Домены, явление гистерезиса, точка Кюри.
33.Явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Закон Фарадея. Правило Ленца.
34.Явление электромагнитной индукции. Причины возникновения
ЭДС индукции в неподвижном контуре, во вращающемся контуре, в движущемся проводнике.
60