Физика (стр. 2 )

Темы лабораторных работ

Работа 1. «Работа с электроизмерительными приборами». Цель: ознакомить студентов с практическим использованием различных приборов.

Работа 2. «Исследование электростатического поля». Цель: освоить метода электролитической ванны.

Работа 3. «Методы измерения сопротивлений». Цель: ознакомить студентов с методом измерения электрического сопротивления мостом постоянного тока.

Работа 4. «Измерение зависимости сопротивления металла, полупроводника и электролита от температуры». Цель: определить температурную зависимость указанных веществ.

Работа 5. «Изучение полупроводниковых выпрямителей». Цель: изучить действия полупроводникового диода.

Задачи

В пособии по разделу «Электричество и магнетизм» представлены 16 задач, достаточно полно иллюстрирующих различные его области. Задачи предназначены для самостоятельного решения, предваряются перечнем используемых формул и примерами решения.

1.4. Оптика

Физические демонстрации

Опыт № 1 дает возможность наблюдать образование интерференционной картины при отражении света от тонких пленок. Основные законы геометрической оптики удобно иллюстрировать на стандартном приборе по геометрической оптике (опыт № 2). Поляризацию света при отражении от поверхности диэлектрика легко показать, направляя луч света на поверхность воды (опыт № 3). Дифракция света наглядно иллюстрируется опытом № 4. Поочередное рассеяние света различных длин волн мутной средой просто показать в опыте № 5.

Темы лабораторных работ

Работа 1. «Определение показателя преломления жидкостей». Цель: практически ознакомить студентов с измерением показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра.

Работа 2. «Ознакомление с устройством и принципом действия микроскопа». Цель: практически использовать микроскоп для различных измерений.

Работа 3. «Изучение спектров». Цель: использовать монохроматор для наблюдения спектров и поглощения света веществом.

Работа 4. «Изучение свойств излучения лазера». Цель: наблюдать дифракцию света на одной и двух щелях и на дифракционной решетке.

Работа 5. «Определение концентрации сахара в растворе». Цель: иллюстрировать вращение плоскости поляризации и ознакомить студентов с практическим измерением концентрации сахара в растворе с помощью кругового поляриметра.

Задачи

В пособии по разделу «Оптика» представлены 65 задач, достаточно полно иллюстрирующих различные области этого раздела. Задачи предназначены для самостоятельного решения, предваряются перечнем используемых формул и примерами решения.

2. ЦИКЛ ФИЗИЧЕСКИХ ДЕМОНСТРАЦИЙ
К РАЗДЕЛАМ КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

2.1. Механика

Опыт № 1. Демонстрация закона инерции.

Оборудование: гиря массой 2 кг, штатив универсальный, нить длиной 1 м, прочный шнурок.

Перед опытом заготавливают несколько одинаковых отрезков достаточно прочной нити с завязанными на концах петлями. На стойке, собранной из деталей универсального штатива, подвешивают груз массой 2 кг с помощью одного из заготовленных отрезков (рис.1).

Рис. 1

Второй такой же отрезок привязывают к нижней петле груза. Чтобы груз при обрывании нити не падал, его подвязывают к перекладине стойки свободно свисающим прочным шнурком. Затем, взявшись за рукоятку, вставленную в петлю нижней нити, приподнимают руку и резко дергают рукоятку вниз. В результате нижняя нить обрывается, а груз остается висящим на верхней нити.

При движении руки сила натяжения нижней нити достигает определенной величины за короткое время, в течение которого массивная гиря не может заметно опуститься и передать усилие верхней нити так, чтобы она порвалась.

Далее порванную нить заменяют новой и медленно натягивают ее, постепенно увеличивая усилие. Теперь обрывается верхняя нить, и груз повисает на предохранительном шнурке. В этом случае сила натяжения верхней нити раньше достигает предельной величины, так как она в любой момент равна весу гири плюс сила натяжения нижней нити.

Опыт № 2. Демонстрация правила векторного сложения сил.

Оборудование: два динамометра, пружина, деревянный щит.

Для проведения этого опыта на щите подвешивают пружину и оттягивают ее двумя динамометрами так, чтобы динамометры расположились под прямым углом и показывали 3 и 4 единицы (например, 150 г и 200 г) (рис. 2а). Отмечают мелом положение колечка, за которое прицеплены динамометры к пружине и отмечают направление измеряемых сил. Затем один динамометр убирают, а другим оттягивают пружину так, чтобы колечко вновь оказалось на оставленной ранее метке. Мелом отмечают направление измеряемой силы (рис. 2б) и записывают показание динамометра.

Рис. 2

Затем убрав динамометр, проводят мелом из отмеченного положения колечка через три риски прямые (рис. 2в). На этих прямых в произвольном масштабе строят три вектора сил. Соединив концы векторов, показывают, что полученный четырехугольник – параллелограмм, а вектор равнодействующей представлен в нем диагональю.

Опыт № 3. Закон сохранения импульса (этот закон хорошо иллюстрируется опытом с «паровой пушкой»).

Оборудование: штатив, пробирка с пробкой, спиртовка.

Пробирка, в которую налито несколько капель воды, заткнута резиновой пробкой и подвешена горизонтально на двух вертикальных нитях (рис. 3).

Рис. 3

Пробирку нагревают на спиртовой горелке. Когда пар, давя на пробку, выбрасывает ее, «пушка» отклоняется в противоположную сторону.

Опыт № 4. Закон сохранения механической энергии.

Механическая энергия сохраняется при упругом ударе. Для демонстрации этого явления можно использовать специальную подставку, на которой бифилярно подвешены несколько костяных или стальных шаров диаметром 3.5–5 см. На подставке делаются специальные гнезда, в которые можно убрать часть шаров, оставив висеть нужное количество шаров (рис. 4).

Рис. 4

Сначала оставляют только два шара равной массы. Отклонив один из шаров на 15–20 см, его отпускают. Ударившись о второй шар, первый останавливается, а второй отклоняется почти на такое же расстояние, на какое был отклонен первый. Затем второй шар ударяется о первый и остается на месте, а первый шар отклоняется и т. д. (после двух-трех ударов шары следует остановить, так как вследствие не вполне упругого удара они оба приходят в движение).

Затем берут два шара разной массы. Масса одного шара должна быть в 5–6 раз больше массы другого. При ударе малого шара о большой малый шар отскакивает обратно с меньшей скоростью, а большой шар отклоняется на небольшое расстояние. При ударе большого шара о малый шары движутся в одном направлении, но скорость большого шара несколько уменьшается, а малый приобретает скорость, значительно большую.

Опыт № 5. Закон сохранения момента импульса.

Этот опыт иногда называют «Скамья Жуковского». Скамья Жуковского состоит из станины с опорным шариковым подшипником, в котором вращается верхняя часть скамьи с горизонтальной круглой платформой (рис. 5).

Рис. 5

На платформе следует укрепить обыкновенный стул или (лучше) круглую табуретку. Центр табуретки должен совпадать с осью вращения скамьи.

Демонстратор, взяв в каждую руку гантели примерно по 1 кг, садится на табуретку и разводит руки в стороны. Его помощник раскручивает скамью так, чтобы она вращалась со скоростью приблизительно один оборот в полторы секунды, и отходит в сторону. Сидящий на скамье демонстратор быстро приближает руки с грузом к груди, уменьшая свой момент инерции. Поскольку произведение момента инерции на угловую скорость в замкнутой системе остается постоянным, демонстратор начинает вращаться значительно быстрее. Разведя руки с грузами в стороны для увеличения момента инерции, он вновь уменьшает свою скорость вращения. Демонстрацию следует повторить насколько раз.

Опыт № 6. Гармонические колебания.

Оборудование: диск, центробежная машина, два стержня с шариками, проекционный фонарь.

Диск, в котором сделан ряд небольших отверстий, устанавливают на центробежной машине с помощью металлического стержня, закрепленного в центре диска (рис. 6). В одно из отверстий диска плотно вставляют стержень длиной 10–12 см, на конец которого насажен деревянный шарик диаметром 3–4 см. Центробежную машину устанавливают относительно точечного источника света так, чтобы на середине экрана была получена достаточно четкая и не размытая с краев тень стержня и шарика. При вращении центробежной машины тень шарика должна двигаться по прямой линии.

Причем необходимо помнить, что равномерному вращению шарика соответствует неравномерное движение его тени по экрану – скорость движения тени изменяется от нуля до некоторого максимума.

Рис. 6

Для удобства наблюдения можно прикрепить к шарику или стержню картонную или металлическую стрелку, расположенную по касательной к диску. Стрелка характеризует величину и направление скорости шарика при равномерном его вращении, а тень стрелки на экране – величину и направление скорости гармонически колеблющейся точки. Тень стрелки меняется при движении шарика как по величине, так и по направлению. Когда шарик движется параллельно экрану, длина тени стрелки равна длине самой стрелки, что соответствует максимальной скорости точки, совершающей гармоническое колебание. Когда шарик движется перпендикулярно экрану, проекция стрелки на экране уменьшается до размеров ее поперечного сечения, что соответствует нулевой скорости гармонически колеблющейся точки.