Міністерство освіти і науки України
Івано-Франківський національний технічний університет
нафти і газу
Кафедра фізики новітніх технологій
Галущак М.О., Лучицький Р.М.,
Нижникевич В.В., Рувінський Б.М., Солоничний Я.В.,
МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ЯВИЩ І ПРОЦЕСІВ
ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ
Рекомендовано до друку методичною радою
Івано-Франківського національного технічного університету
нафти і газу
Протокол № 6 від 25.06.2009р.
Івано-Франківськ
2009
МВ 02070855-1492-2005
Галущак М.О., Лучицький Р.М., Нижникевич В.В., Рувінський Б.М., Солоничний Я.В. Моделювання фізичних явищ і процесів: Лабораторний практикум. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, - 2009, 200 с.
Лабораторний практикум містить методичні вказівки для проведення лабораторних занять з фізики з використанням комп’ютерного моделювання фізичних явищ і процесів. Розроблений у відповідності з робочими програмами спецкурсів.
Для студентів усіх напрямів підготовки і спеціальностей стаціонарної, заочної і дистанційної форм навчання.
Рецензент:
Рувінський М.A – доктор фіз.-мат. наук, професор кафедри фізики твердого тіла Прикарпатського національного університету ім В.С. Стефаника .
Дане видання – власність ІФНТУНГ.
Забороняється тиражування та розповсюдження.
ЗМІСТ
Вступ .5
Філософія та методика виміру. Похибки та запис експеримен-тального результату........................................................................7
МЕХАНІКА
В-10 Вивчення законів руху рідин та газів.................................17
В-15 Дослідження коливань фізичного маятника та визначення за його допомогою прискорення вільного падіння...............28
В-16 Вивчення загасаючих та вимушених коливань на прикладі пружинного маятника..............................................................35
В-17 Визначення коефіцієнтів опору та динамічної в’язкості середовища за допомогою аналізу загасаючих та вимушених коливань пружинного маятника. 41
МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКА
В-20 Перевірка розподілу Максвелла та визначення маси молекули ...................................................................................47
В-21 Дослідження адіабатичного процесу: визначення показника адіабати та кількості ступенів вільності молекул газу ............................................................................................59
В-31 Перевірка першого закону термодинаміки........................69
В-32 Вивчення термодинамічних циклів: теплових двигунів, холодильних машин та теплових помп ...............................76
Електрика і магнетизм
В-40 Вивчення взаємодії електричних точкових зарядів..........83
В-41 Вивчення руху електрона в електричному полі................89
В-42 Дослідження електростатичного поля................................94
В-45 Дослідження корисної потужності і коефіцієнта корисної дії джерела струму...... .99
В-48 Мас-спектрометричне дослідження речовини.................103
В-49 Дослідження магнітного поля, створеного прямолінійними паралельними провідниками із струмом..............................108
В-50 Вивчення руху зарядженої частинки в магнітному полі.113
В-55 Перевірка закону Ома для змінного струму.....................119
В-56 Дослідження роботи трансформатора..............................127
В-58 Дослідження напівпровідникового транзистора..............133
ОПТИКА
В-64 Вивчення явища інтерференції на прикладі досліду Юнга........................................................................................140
В-65 Дослідження інтерференції світла за допомогою кілець Ньютона..................................................................................145
В-68 Вивчення дифракції Френеля від круглого отвору.........151
В-69 Вивчення явища дифракції світла від двох щілин..........157
Атомна і ядерна фізика
В-80 Дослідження розсіювання α-частинок в речовині...........162
В-84 Дифракція електронів на одномірному кристалі.............169
В-85 Моделювання на ЕОМ проходження нейтронів через речовину..............................................................................176
В-86 Дослідження комптонівського розсіяння рентгенівського випромінювання в твердому тілі .....................................185
В-87 Дослідження поведінки мікрочастинок в потенціальній ямі .......................................................................................189
В-88 Квантування електронних орбіт і виникнення хімічного зв’язку в твердих тілах.......................................................193
ВСТУП
Фізика є базовою дисципліною фундаментальної підготовки студентів інженерних спеціальностей. Запорукою формування у студентів теоретичної бази для вивчення спеціальних дисциплін повинна стати точність та глибина розуміння основних понять, законів та принципів фізики.
Фізика, як і інші науки, розглядаючи певні явища чи процеси, користується методом “від простого до складного”. Під час застосування цього методу першим кроком є позбавлення об’єкта всіх інших його властивостей, окрім тієї, яка є визначальною для даного явища, адже поведінка абстрактного об’єкта дозволяє говорити про аналогічну поведінку реальних об’єктів. Накладання на такі абстракції певних умов-зв’язків створює своєрідну абстраговану фізичну систему – модель.
Застосування комп’ютерів в навчальному процесі значно розширило можливості моделювання у фізиці. Навчальний лабораторний практикум, що пропонується, призначений не тільки для навчання студентів фізики за допомогою комп’ютерів, але і покликаний “навчитись вчити” комп’ютер моделювати фізичні процеси, так як моделювання в останні роки є своєрідним сучасним містком між традиційними експериментальними і теоретичними методами досліджень. Лабораторні роботи виконуються на основі комп’ютерних програм, що моделюють фізичні явища та дають можливість проведення експерименту і відповідних теоретичних розрахунків.
Комп’ютерні лабораторні роботи охоплюють найважливіші закони та теоретичні питання фізики, на основі яких вирішуються фізичні задачі і проблеми в обраній студентами спеціальності. Кожна з лабораторних робіт містить короткі теоретичні відомості, опис користування програмою, практичні завдання та запитання для самоконтролю, посилання на літературні джерела.
Особливої уваги автори надавали найбільш повному розкриттю фізичної суті досліджуваних явищ та змісту тих параметрів, якими ці явища описуються. Роботи носять науково-дослідний характер, передбачають можливість розширення або зміни завдань з використанням комп’ютерів.
Окреме питання – це точність експериментальних результатів, адже досвід роботи виявив повсюдне невміння проводити і записувати результати як прямих вимірів, так і оцінювати точність кінцевого значення шуканої величини і записувати його з відповідною кількістю значущих цифр.
До складу посібника увійшло 28 лабораторних робіт, методичні вказівки щодо їх виконання та оформлення звітів.
Авторський колектив з вдячністю прийме зауваження, які будуть враховані в наступних більш розширених виданнях.