Лабораторный практикум по курсу общей

физики

· Молекулярная физика и термодинамика

· Атомная, квантовая и ядерная физика

· Физика твердого тела

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Лабораторные работы для студентов 2 курса дневного и заочного отделений инженерно-технических специальностей

Тамбов

Издательство ТГТУ

2012

УДК 530.145:539.21(075)

ББК В31я73-5

Рецензент

Доктор физико-математических наук, профессор

Ю.И. Тялин

Составители:

Головин Ю.М., Ляшенко Ю.П., Холодилин В.Н., Поликарпов В.М.

Лабораторный практикум по курсу общей физики / сост.: Головин Ю.М., Ляшенко Ю.П., Холодилин В.Н., Поликарпов В.М. –Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2012. - 86с. -300 экз.

В учебное пособие включен цикл лабораторных работ, тематика которых охватывает следующие основные разделы курса общей физики: «Термодинамика и молекулярная физика», «Элементы физики твердого тела, атомной, квантовой и ядерной физики». Учебное пособие соответствует требованиям образовательного стандарта по физике.

К каждой лабораторной работе даны методические указания по их выполнению, описание установок и контрольные вопросы.

Предназначены для студентов 2 курса дневного и заочного отделений инженерно-технических специальностей.

УДК 530.145:539.21(075)

ББК В31я73-5

© Фгбоу впо «Тамбовский государственный технический университет» (тгту), 2012 Введение

В данный лабораторный практикум по физике вошли лабораторные задачи из следующих разделов курса физики: молекулярная физика и термодинамика, квантовая оптика, атомная и ядерная физика, физика твердого тела и полупроводников, которые выполняются студентами всех технических специальностей в третьем семестре.

Цель практикума - привить студентам навыки исследовательской работы,

научить пользоваться современными измерительными приборами и методами обработки результатов эксперимента с применением персональных

компьютеров. Особое внимание уделено теоретическому описанию явления

наблюдаемого в лабораторной работе, которое должно подготовить студента к проведению эксперимента на установках. Подбор и содержание лабораторных работ авторы стремились формировать из двух и более заданий таким образом .чтобы студент на опыте мог проверить физические закономерности и следствия , вытекающих из них. На выполнение каждой работы отводится три академических часа. Подготовка , обработка результатов измерений и заключительный отчет по работе студентом выполняется в часы самоподготовки. Настоящее практическое пособие-это результат многолетней работы преподавателей и сотрудников кафедры физики ТГТУ.

Окончательный вариант описания лабораторных задач подготовлен к печати

коллективом авторов указанным на титульном листе практикума.

Молекулярная физика и термодинамика

Лабораторная работа №1

Измерение работы расширения газа при изобарном процессе,

определение газовой постоянной R

и проверка первого начала термодинамики.

Цель работы: измерить работу расширения газа при изобарном процессе, определить газовую постоянную R, сделать проверку первого начала термодинамики.

Приборы и принадлежности: термостат с контактным термометром, колба, заполненная воздухом и совмещенная с водяным манометром для определения изменения объема.

Методические указания:

1. Определение работы расширения газа при изобарном процессе.

Расширяясь, газ совершает работу по перемещению поршня , равную . Во время изобарного процесса работа газа, при увеличении объема от до , равна:

(1)

В данной работе нужно экспериментально определить работу А расширения воздуха при изобарном нагревании:

, (2)

где - атмосферное давление; - приращение объема газа; - площадь сечения манометрической трубки, диаметр D которой равен 4 мм; ∆h – повышение уровня мениска по сравнению с начальным в правом колене манометрической трубки, соответствующее изменению температуры при нагревании газа в колбе.

2. Определение газовой постоянно r.

Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:

, (3)

где R - газовая постоянная; - объем газа; - масса газа; - молярная масса газа; - термодинамическая температура газа.

Пусть V_o - объем воздуха в колбе вместе с подводящими трубками при комнатной температуре. Тогда V_o легко вычислить, если рассмотреть уравнение Менделеева-Клапейрона для двух различных состояний газа:

• при комнатной температуре : (4)

• при температуре : . (5)

Поделив уравнение (5) на уравнение (4), получим: , откуда объем V₀ газа равен:

. (6)

Учитывая, что масса газа может быть найдена как произведение плотности воздуха на объем V₀, окончательно получим:

, (7)

где ; - приращение температуры, выбранное экспериментатором.

Так как нагрев воздуха происходит при постоянном давлении, то, продифференцировав уравнение Менделеева-Клапейрона по объему, получим:

(8)

Газовая постоянная R численно равна работе одного моля газа при изобарном нагревании его на один градус. Переходя в (8) к конечным приращениям и получим :

(9)

Выразим из (2.9) газовую постоянную R:

(10)

Из выражения (9) следует, что при небольших ΔT зависимость приращения обьема от температуры должна быть линейной. Таким образом, зная экспериментальные значения приращения объема Δ и соответствующие им значения приращения температуры ΔT, можно из (10) оценить значение газовой постоянной R.