- •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
- •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
- •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 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
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты обработки замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 800 мм
- •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
Результаты замеров тока и времени при разрядке конденсатора
- в столбце Е вычислить среднее значение тока Iср (т. е. в ячейку Е2 ввести выражение =(B2+C2+D2)/3, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки E3-E12);
- в столбце F вычислить ошибку измерения ∆I1, μA (т. е. в ячейку F2 ввести выражение =B2-E2, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки F3-F12);
- в столбце G вычислить ошибку измерения ∆I2, μA (т. е. в ячейку G2 ввести выражение =C2-E2, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки G3-G12);
- в столбце H вычислить ошибку измерения ∆I3, μA (т. е. в ячейку H2 ввести выражение =B2-E2, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки F3-H12);
- в столбце I вычислить модуль (абсолютное значение) ошибки измерения |∆I1|, mA (т. е. в ячейку I2 ввести выражение =ABS(F2), нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки I3-I12);
- в столбце J вычислить модуль (абсолютное значение) ошибки измерения |∆I2|, μA (т. е. в ячейку J2 ввести выражение =ABS(G2), нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки J3-J12);
- в столбце K вычислить модуль (абсолютное значение) ошибки измерения |∆I3|, μA (т. е. в ячейку K2 ввести выражение =ABS(H2), нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки K3-K12);
- в столбце L вычислить наибольшее значение ошибки измерения величины |∆I|max, μA (т. е. в ячейку L2 ввести выражение =МАКС(I2:К2), нажать клавишу «Enter» и далее этим числом заполнить ячейки L3-L12);
- в столбце M вычислить наименьшее значение измеренной величины I, μA (т. е. в ячейку M2 ввести выражение =E2-L2, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки M3-M12);
- в столбце N вычислить наибольшее значение измеренной величины I, μA (т. е. в ячейку N2 ввести выражение =E2+L2, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки N3-N12).
Результаты обработки приведены в таблице №4.
Таблица №4
Результаты обработки экспериментальных данных исследуемого конденсатора
Построение графикoв зависимости Icр, Imin, Imax от t в Excel следует начинать с выделения численных значений времени и токов, размещённых в столбцах А, E, N и O, см. табл. №4. При этом необходимо иметь в виду, что при построении числовые данные столбца А имеют смысл аргумента а столбцов E, N и O – функции.
Для построения графиков необходимо выполнить следующие операции:
- выделить ячейки E2-E12, N2-N12, O2-O12, затем щёлкнуть левой клавишей мыши (ЛКМ) в панели инструментов по кнопке мастера диаграмм : .
Далее следует выполнить 4 этапа (шага) построения графиков:
- на первом шаге выбирается тип и вид диаграммы, а именно: «График», см. рис.16 а;
- на втором шаге активизируется макрокоманда «Ряд»: и заполняется надпись легенды: ряд 1-Iср затем ряд 2- Imin; ряд 3- Imax и далее в окно «Подписи по оси Х»: вводятся значения t из ячеек А2-А12, рис.16 б);
а)
б)
Рис. 16 Вид 1-го и 2-го шага построения графиков
- на третьем шаге заполняются окна шаблонов название диаграммы: «Зависимость I=f(t) в процессе разрядки конденсатора» и подписи по осям: X: «Время t, c» и Y: «Ток I, µA» , см. рис.17 а);
- на четвёртом шаге реализуем макрокоманду «Готово» , см. рис.17 б).
а)
б)
Рис. 17 Вид 3-го и 4-го шага построения графиков
В результате получим графики, изображённые на рис.18.
Рис.18 Графики зависимости I от t
Величину заряда конденсатора Q можно вычислить как площадь под графиком I(t), изображённым на рисунке 18. Для этого необходимо воспользоваться выражением (9).
Вычисления заряда Q необходимо начинать с формирования новой таблицы (№5). Для этого из таблицы №4 необходимо скопировать и вставить в таблицу №5 столбцы A, E, M, N а затем выполнить следующие операции:
- в столбце Е вычислить величину Δt (т. е. в ячейку Е3 ввести выражение: =А3-А2, нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки А4-А12);
- в столбце F вычислить значения элементарных площадей трапеций Sсрn под кривой Iср=f(t) (т. е. в ячейку F3 ввести выражение: =Е3*(1/2)*(B3+B2)*10^-6 , нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки F4-F12);
- в ячейке F13 вычислить сумму чисел, находящихся в ячейках F4-F12 (щёлкнуть мышью в ячейку F13 а затем щёлкнуть по кнопке в панели инструментов);
- в столбце G вычислить значения элементарных площадей трапеций Sminn под кривой Imin=f(t) (т. е. в ячейку G3 ввести выражение: =Е3*(1/2)*(C3+C2)*10^-6 , нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки G4-G12);
- в ячейке G13 вычислить сумму чисел, находящихся в ячейках G4-G12 (щёлкнуть мышью в ячейку G13 а затем щёлкнуть по кнопке в панели инструментов);
- в столбце H вычислить значения элементарных площадей трапеций Smaxn под кривой Imaxn=f(t) (т. е. в ячейку H3 ввести выражение: =Е3*(1/2)*(D3+D2)*10^-6 , нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки H4-H12);
- в ячейке H13 вычислить сумму чисел, находящихся в ячейках H4-H12 (щёлкнуть мышью в ячейку H13 а затем щёлкнуть по кнопке в панели инструментов).
По полученным результатам можно вычислить значения ёмкости конденсатора по формуле (1). Для этого необходимо выполнить следующие операции:
- в столбце I выделить ячейки I2-I12 а затем щёлкнуть мышью по кнопке в панели инструментов затем в объединённых ячейках ввести выражение: =F13/14,5 после чего нажать клавишу «Enter»;
- в столбце J выделить ячейки J2-J12 а затем щёлкнуть мышью по кнопке в панели инструментов затем в объединённых ячейках ввести выражение: =G13/14,5 после чего нажать клавишу «Enter»;
- в столбце K выделить ячейки K2-K12 а затем щёлкнуть мышью по кнопке в панели инструментов затем в объединённых ячейках ввести выражение: =H13/14,5 после чего нажать клавишу «Enter»;
Окончательные результаты обработки экспериментальных данных приведены в таблице №5. Из таблицы видно, что минимальное значение ёмкости конденсатора равно Cmin=28,1 µФ а максимальное Сmax=33,2 µФ.
Таблица №5
Вычисление ёмкости конденсатора через площадь под кривой I=f(t)
Другой способ вычисления ёмкости конденсатора подразумевает использование выражения , см. формулу (6). При этом необходимо определить зависимость этого выражения от времени t. Для этого данные, приведённые в таблице №5 (столбцы А-D) следует скопировать и вставить в новый лист Excel для формирования таблицы №6. Во всех ячейках столбца Е необходимо разместить начальное значение тока I0=14,53 µА. Далее выполнить следующие операции:
- в столбце F вычислить значение логарифма для Iср (т. е. в ячейку F2 ввести выражение: =ln(E2/B2), нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки F3-F12;
- в столбце G вычислить значение логарифма для Imin (т. е. в ячейку G2 ввести выражение: =ln(E2/C2), нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки G3-G12;
- в столбце G вычислить значение логарифма для Imin (т. е. в ячейку G2 ввести выражение: =ln(E2/D2), нажать клавишу «Enter» и далее автозаполнением заполнить ячейки G3-G12.
Результаты представлены в таблице №6.
Таблица №6