- •Физика по направлению подготовки
- •Программа
- •Реализация компетенции ок(2)
- •Реализация компетенций ок4 и ок8.
- •Учебный план курса План лекционных занятий
- •План лабораторных работ
- •План практических занятий
- •Вопросы, вынесенные на самостоятельную подготовку.
- •Вопросы к зачету
- •Основная и дополнительная литература
- •Лабораторные работы
- •Механика Лабораторная работа №1 «Изучение колебаний математического маятника»
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения экспериментальных измерений.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 «Изучение колебаний физического маятника»
- •Цель работы
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения экспериментальных измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 «Изучение колебаний пружинного маятника»
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 «Определение моментов инерции тел методом крутильных колебаний»
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть.
- •Порядок проведения экспериментальных измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы:
- •Электричество и магнетизм. Лабораторная работа № 5 Экспериментальная проверка закона Ома и определение сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты замеров тока и напряжения
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Окончательный вид таблицы №1
- •Окончательный вид таблицы №2
- •V. Определение зависимости сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока
- •Лабораторная работа № 6 Экспериментальное определение ёмкости конденсатора
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •Переключатель
- •Замеряемых параметров
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров тока и времени при разрядке конденсатора
- •Результаты обработки экспериментальных данных исследуемого конденсатора
- •Зависимость выражения от времени t
- •Лабораторная работа № 7 Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения экспериментальных измерений.
- •Внешние витки; 2- соленоид; 3- внутренние витки; 4- генератор сигналов; 5- осциллограф; 6- коммутатор витков; b- магнитный поток.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Результаты экспериментальных измерений
- •Результаты замеров частоты сигнала и напряжения эдс во внутреннем витке
- •Результаты замеров частоты сигнала и напряжения эдс во внутреннем витке
- •Окончательный вид таблицы №3
- •Окончательный вид таблицы №4
- •Результаты замеров напряжения эдс на внутренних витках
- •Окончательный вид таблицы №7
- •Окончательный вид таблицы №9
- •Лабораторная работа № 8 Экспериментальное определение удельного сопротивления проводника в цепи постоянного тока
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •Основные характеристики проводниковых материалов
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и перепада напряжения в исследуемом проводнике
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты обработки замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 800 мм
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Обработка результатов замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 400 мм
- •VI.4. Определение материала, из которого изготовлен исследуемый проводник
- •Оптика Лабораторная работа № 9 Изучение дифракции света на щели
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров и l, занесённые в Excel
- •Лабораторная работа № 10 Измерение длины волны света с помощью дифракционной решетки
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров и l, занесённые в Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Изучение явления поляризации
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение естественного вращения плоскости поляризации
- •Цель работы
- •Теоретическая часть
- •Описание установки
- •Перед проведением измерений комплекс лко-5 требует настройки.
- •Порядок проведения эксперимента Определение угла поворота плоскости поляризации
- •Обработка результатов измерений
- •Заключение.
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература.
- •Методические указания к решению задач.
- •Механика;
- •Молекулярная физика и термодинамика;
- •Электричество и магнетизм;
- •Механические и электромагнитные колебания и волны;
- •Волновая и квантовая оптика;
- •Квантовая физика, физика атома;
- •Домашние задания.
- •Механика;
- •Молекулярная физика и термодинамика;
- •Механические и электромагнитные колебания и волны;
- •Электричество и магнетизм;
- •Волновая и квантовая оптика;
- •Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц
Лабораторная работа № 7 Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида
-
I. Цель лабораторной работы
-
Выполнение лабораторной работы преследует следующие цели:
а) Экспериментальное изучение законов электромагнитной индукции
на конкретном примере образования и изменения магнитного поля внутри и вне соленоида.
б) Определение ёмкости …. двумя способами.
в) Обработка полученных результатов измерений на компьютере а также построение графических зависимостей с помощью электронных таблиц Excel.
г) Формулировка выводов по полученным результатам.
II. Теоретическая часть
1. Поток вектора В через поверхность. Для графического изображения магнитного поля используют магнитные линии. Эти линии могут быть проведены через каждую точку пространства, в котором существует магнитное поле, при этом вектор магнитной индукции В направлен по касательной к магнитной линии в любой ее точке.
Принято проводить линии гуще там, где поле сильнее, т. е. В больше. Если принять густоту (количество линий, пересекающих поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно к ней) равной модулю вектора В, то можно определить численно поток вектора В через любую поверхность как количество линий пересекающих эту поверхность.
На рис. 1 магнитные линии пересекают две плоские площадки S┴ и S, угол
между которыми равен α, (этот угол образуется также между нормалью n и вектором В). Пусть эти площадки пересекает одинаковое количество магнитных линий. Тогда поток через поверхность S┴ равен численно Ф = N = 3 = B S┴. Поток через поверхность S равен Ф = N = 3 = BS cos а (рис. 1 а). На рис. 1 б изображен вид со стороны магнитных линий.
Рис.1 Схема линий магнитного потока
2. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. В 1831 г. М. Фарадей впервые обнаружил, что при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в нем возникает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией, а ток — индукционным.
Явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает ЭДС индукции εi, причем она не зависит от способа изменения магнитного потока (изменение В, изменение S, поворот контура).
Закон фарадея имеет вид:
εi = -(dФ/dt) = - Ф. (1)
Знак «—» учитывает, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы создаваемое им магнитное поле препятствовало изменению потока через поверхность контура (правило Ленца).
Для вычисления εi необходимо знать конкретный вид зависимости В(t).Вычисляя В, можно воспользоваться законом Био - Савара - Лапласа. В отдельных случаях специальной симметрии удобнее пользоваться теоремой о циркуляции вектора В.
Циркуляция В определяется как интеграл по контуру от скалярного произведение вектора В в произвольной точке и бесконечно малого перемещения dl от этой точки и обозначается как ∫В dl.
3. Теорема о циркуляции вектора В (для магнитного поля постоянных токов в вакууме). Циркуляция вектора В по замкнутому контуру Г равна произведению µ0 на алгебраическую сумму токов I, пересекающих поверхность контура Г:
∫В dl = µ0∑Ii. (2)
Причем токи берутся со знаком «+», если их направления связаны с направлением обхода по контуру правилом правого винта и со знаком «—», если имеют противоположное направление (рис. 2).
Рис.2 Схема циркуляции вектора В по замкнутому контуру Г
-
Поле прямого тока. Используя теорему о циркуляции, удаётся вычислить поле прямого тока на расстоянии r от него.
Магнитные линии поля прямого тока представляют собой окружности в плоскости перпендикулярной проводу с током (рис 3). Поэтому в точках на этих окружностях поле одинаково по величине. Для контура, совпадающего с магнитной линией имеем:
∫В dl = 2πrB = µ0∙I.
Из этого выражения получаем:
B = (µ0∙I)/ 2πr.
Рис.3 Магнитные линии поля прямого тока
-
Поле соленоида. Используя теорему о циркуляции, вычислим поле внутри соленоида. «Разрез соленоида» изображен на рис. 4. Из симметрии ясно, что поле внутри бесконечного (или тонкого по сравнению с длиной) соленоида однородно, а поле вне соленоида равно нулю. Взяв прямоугольный контур со сторонами l и а, охватывающий области внутри и вне соленоида, напишем для него теорему о циркуляции:
∫В dl = В l + ВaCos(π/2) + 0∙l + ВaCos(π/2) = µ0nlI,
откуда получаем:
Здесь n – число витков на единицу длины.
Рис.4 Схема «продольного разреза» соленоида