- •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
Обработка результатов измерений
Упражнение 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА
Пусть в результате измерений с использованием поляризатора 1 получена таблица №1 со следующими результатами, причём измеряем интенсивность, увеличивая угол поворота поляризатора, а затем уменьшая его
Таблица №1
Номер п/п
|
φ, градусы |
I, микроА |
I, микроА |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
0 |
176 |
171 |
2 |
10 |
163 |
158 |
3 |
20 |
148 |
143 |
4 |
30 |
136 |
131 |
5 |
40 |
132 |
126 |
6 |
50 |
138 |
131 |
7 |
60 |
152 |
145 |
8 |
70 |
171 |
165 |
9 |
80 |
188 |
182 |
10 |
90 |
199 |
194 |
11 |
100 |
204 |
200 |
12 |
110 |
204 |
199 |
13 |
120 |
198 |
191 |
14 |
130 |
185 |
177 |
15 |
140 |
166 |
156 |
16 |
150 |
142 |
136 |
17 |
160 |
118 |
112 |
18 |
170 |
95 |
89 |
19 |
180 |
77 |
71 |
20 |
190 |
64 |
58 |
21 |
200 |
55 |
51 |
22 |
210 |
49 |
45 |
23 |
220 |
45 |
43 |
24 |
230 |
|
|
25 |
240 |
|
|
26 |
250 |
|
|
27 |
260 |
|
|
28 |
270 |
|
|
29 |
280 |
|
|
30 |
290 |
|
|
31 |
300 |
|
|
32 |
310 |
|
|
33 |
320 |
164 |
166 |
34 |
330 |
181 |
174 |
35 |
340 |
185 |
179 |
36 |
350 |
184 |
178 |
в результате измерений с использованием поляризатора 2 получена таблица №2 со следующими результатами, причём измеряем интенсивность, увеличивая угол поворота поляризатора, а затем уменьшая его
Таблица №2
Номер п/п
|
φ, градусы |
I, микроА |
I, микроА |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
0 |
216 |
219 |
2 |
10 |
193 |
198 |
3 |
20 |
164 |
171 |
4 |
30 |
140 |
147 |
5 |
40 |
127 |
134 |
6 |
50 |
128 |
133 |
7 |
60 |
136 |
142 |
8 |
70 |
154 |
158 |
9 |
80 |
170 |
174 |
10 |
90 |
182 |
185 |
11 |
100 |
190 |
193 |
12 |
110 |
194 |
196 |
13 |
120 |
193 |
196 |
14 |
130 |
189 |
192 |
15 |
140 |
183 |
185 |
16 |
150 |
173 |
174 |
17 |
160 |
159 |
161 |
18 |
170 |
143 |
145 |
19 |
180 |
126 |
127 |
20 |
190 |
104 |
110 |
21 |
200 |
93 |
95 |
22 |
210 |
85 |
86 |
23 |
220 |
87 |
87 |
24 |
230 |
|
|
25 |
240 |
|
|
26 |
250 |
|
|
27 |
260 |
|
|
28 |
270 |
|
|
29 |
280 |
|
|
30 |
290 |
|
|
31 |
300 |
|
|
32 |
310 |
|
|
33 |
320 |
250 |
254 |
34 |
330 |
245 |
251 |
35 |
340 |
235 |
244 |
36 |
350 |
221 |
234 |
Объединим результаты полученные разными поляризаторами при разной последовательности изменения угла поляризатора, получим (таблица №3):
Таблица №3
Номер п/п
|
φ, градусы |
I, микроА |
I, микроА |
I, микроА |
I, микроА |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
0 |
176 |
171 |
216 |
219 |
2 |
10 |
163 |
158 |
193 |
198 |
3 |
20 |
148 |
143 |
164 |
171 |
4 |
30 |
136 |
131 |
140 |
147 |
5 |
40 |
132 |
126 |
127 |
134 |
6 |
50 |
138 |
131 |
128 |
133 |
7 |
60 |
152 |
145 |
136 |
142 |
8 |
70 |
171 |
165 |
154 |
158 |
9 |
80 |
188 |
182 |
170 |
174 |
10 |
90 |
199 |
194 |
182 |
185 |
11 |
100 |
204 |
200 |
190 |
193 |
12 |
110 |
204 |
199 |
194 |
196 |
13 |
120 |
198 |
191 |
193 |
196 |
14 |
130 |
185 |
177 |
189 |
192 |
15 |
140 |
166 |
156 |
183 |
185 |
16 |
150 |
142 |
136 |
173 |
174 |
17 |
160 |
118 |
112 |
159 |
161 |
18 |
170 |
95 |
89 |
143 |
145 |
19 |
180 |
77 |
71 |
126 |
127 |
20 |
190 |
64 |
58 |
104 |
110 |
21 |
200 |
55 |
51 |
93 |
95 |
22 |
210 |
49 |
45 |
85 |
86 |
23 |
220 |
45 |
43 |
87 |
87 |
24 |
230 |
|
|
|
|
25 |
240 |
|
|
|
|
26 |
250 |
|
|
|
|
27 |
260 |
|
|
|
|
28 |
270 |
|
|
|
|
29 |
280 |
|
|
|
|
30 |
290 |
|
|
|
|
31 |
300 |
|
|
|
|
32 |
310 |
|
|
|
|
33 |
320 |
164 |
166 |
250 |
254 |
34 |
330 |
181 |
174 |
245 |
251 |
35 |
340 |
185 |
179 |
235 |
244 |
36 |
350 |
184 |
178 |
221 |
234 |
Далее скопируем полученную таблицу и введём её в Excel, см рис.9
Рис.9.
На следующем шаге выделим графы С, D, E, F и ячейки с 5 по 40.
Затем активизируем закладку «вставка», выберем тип диаграмм «Круговая», в выпавшем списке выберем «Все типы диаграмм» и выберем «лепестковая с маркерами» при этом получим рис.10.
Рис.10.
Полученная при этом диаграмма может иметь следующий вид, рис.11.
Рис.11
Активизируем Легенду на диаграмме и уничтожим её, а далее щёлкнем левой кнопкой мыши на чистом поле диаграммы, при этом выпадет список (рис.12)
Рис.12.
В выпавшем списке выберем «Выбрать данные». Для этого щёлкнем на нём левой кнопкой мыши, при этом откроется вкладка (рис.13)
Рис.13.
Мы должны построить зависимость интенсивности света, занесённой в столбцы C – D - E - F, как функции углов поворота поляроида 0-360 градусов (в столбце В). Для этого выделим на вкладке (рис.13) «Ряд1» и в разделе «Элемент легенды (ряды)» нажмём кнопку «Изменить», высветиться следующая вкладка (рис.14)
Рис.14.
Нажмём на вкладке Значения кнопку , выделим значения функции в столбце С
Повторное нажатие кнопки вернёт нас на следующую вкладку
Нажмём на вкладке Имя ряда кнопку , выделим значения функции в столбце В
Аналогично проведём построение функции по значениям в столбцах D-Е-F, ряд5 удалим, выделив указанный ряд и нажав кнопку «Удалить», получим (рис.15)
Рис.15.
Для того, чтобы шкала значений аргумента функции имела значения от 00 до 3500 необходимо в разделе «Подписи горизонтальной оси (категории)» нажмём кнопку «Изменить», высветиться следующая вкладка (рис.16)
Как и ранее нажмём кнопку , при этом вкладка трансформируется в следующую
Пометим элементы находящиеся в колонке В таблицы №3 (рис.12)
Нажмём кнопку при этом вкладка примет вид
Нажав кнопку ОК, получим следующую вкладку
Нажмём кнопку ОК и с вкладки «Выбор источника данных» введём данные в график, получим диаграмму вида (рис.16)
Рис.16.
Измерив, наибольшее значение интенсивности и наименьшее получим по формуле (5) степень поляризации излучения лазера
По первым двум графикам получим Imax=219.
По этим же графикам получим Imin=109.
Таким образом степень поляризации с первым поляризатором равна:
P = (Imax-Imin)/(Imax+Imin) = 0,34.
Аналогично можем получить степень поляризации по данным со второго поляризатора.
По двум графикам второго поляризатора получим Imax=186.
По этим же графикам получим Imin=86,5.
Таким образом степень поляризации со вторым поляризатором равна:
P = (Imax-Imin)/(Imax+Imin) = 0,37.
Таким образом, степень поляризации излучения лазера равна
Р=0,36±0,02
Упражнение 2. ЗАКОН МАЛЮСА.
Пусть в результате измерений получены таблицы №4 и №5 со следующими результатами. Причём значения интенсивности сняты дважды, сначала при увеличении угла поворота поляризатора, а затем при уменьшении.
-
Таблица №4
Таблица №5
Номер измерения
φ, градусы
I, микроА
1
2
3
1
0
182
2
10
183
3
20
180
4
30
160
5
40
140
6
50
110
7
60
79
8
70
52
9
80
34
10
90
28
11
100
32
12
110
46
13
120
61
14
130
84
15
140
101
16
150
111
17
160
116
18
170
112
19
180
98
Номер измерения
φ, градусы
I, микроА
1
2
3
1
180
110
2
170
113
3
160
110
4
150
104
5
140
95
6
130
76
7
120
57
8
110
39
9
100
24
10
90
21
11
80
28
12
70
46
13
60
74
14
50
107
15
40
136
16
30
158
17
20
174
18
10
180
19
0
176
Далее скопируем полученные таблицы и объединим их данные в одну таблицу
Номер измерения |
φ, градусы |
I, микроА |
I, микроА |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
0 |
182 |
176 |
2 |
10 |
183 |
180 |
3 |
20 |
180 |
174 |
4 |
30 |
160 |
158 |
5 |
40 |
140 |
136 |
6 |
50 |
110 |
107 |
7 |
60 |
79 |
74 |
8 |
70 |
52 |
46 |
9 |
80 |
34 |
28 |
10 |
90 |
28 |
21 |
11 |
100 |
32 |
24 |
12 |
110 |
46 |
39 |
13 |
120 |
61 |
57 |
14 |
130 |
84 |
76 |
15 |
140 |
101 |
95 |
16 |
150 |
111 |
104 |
17 |
160 |
116 |
110 |
18 |
170 |
112 |
113 |
19 |
180 |
98 |
110 |
и введём полученную таблицу в Excel, см рис.17
Рис.17.
Выделим значения в столбцах B-С-D и построим зависимость интенсивности от угла между поляризатором и анализатором (в колонке В угол между поляризатором и анализатором, в колонках С и D значения интенсивности излучения).
Для построения графика интенсивности от угла между поляризаторами на вкладке «Вставка» нажмите кнопку Диаграмма и в открывшейся странице выделите «Другие диаграммы»
Выберем лепестковую диаграмму в результате получим следующую картину
Прежде чем исправить полученный график уберём с него Легенду, а затем щёлкнув на графике правой кнопкой мыши выберем директорию «Выбрать данные»
Т.к. необходимо построить изменение интенсивности при изменении угла анализатора от 00 до 3600. Дополним значения столбца со значениями угла до 3600, получим
На выпавшей вкладке в столбце «Элементы легенды (ряды)» отметьте ряд1
и нажмите кнопку «Изменить»
В графе «Значения» нажмите кнопку
В выпавшем окне вводим номера ячеек в которых находятся значения функции
Затем вернёмся в исходную форму «Изменение ряда» нажав кнопку
В графе «Имя ряда» нажмите кнопку
В выпавшем окне вводим номера ячеек в которых находятся углы между поляризаторами
Затем вернёмся в исходную форму «Изменение ряда» нажав кнопку
Аналогично введём значения функции из ячеек столбца D и значения угла из столбца В. Ряд3 удалим.
На выпавшей вкладке в столбце «Подписи горизонтальной оси (категории)» нажмите кнопку «Изменить» и введите иглы поворота анализатора
В графе «Диапазон подписей оси» нажмите кнопку и введите значения из столбца В
Затем вернёмся в исходную форму «Изменение ряда» нажав кнопку
Нажав ОК получим вкладку
Нажмём ОК
На графике отмечены значения Imax и Imin. Из представленного графика видно, что 2 Imax равен значению интенсивности при φ=00 плюс значение при φ=1800, а значение Imin достигается при φ=900.
Для проверки закона Малюса (3) построим зависимость интенсивности в прямоугольной системе координат. Но предварительно пронормируем значения интенсивности на наибольшее значение интенсивности. Для этого выделим наибольшее значение интенсивности в каждом столбце, введя в В39 функцию «=МАКС(C3:C21)» для нормировки значений в столбце В и введя в С39 функцию «=МАКС(D3:D21)». Далее преобразуем значения в столбце В разделив каждое значение на наибольшее из ячейки В39, а результат запишем в столбец Е3-Е21
Аналогично проделаем вычисления в графе D и запишем их в столбец F3-F21
выделим значения в таблице № на рис.17 из столбцов В-E-F и построим график
Далее построим зависимость I/Imax=cos2(φ) в ячейках G3-G21, где φ – меняется от 00 до 1800 (в столбце В). Получим график
Зависимость достаточно хорошо совпадает с законом Малюса.