Маханика, молекулярная физика, электричество и магнетизм

МАХАНИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО и МАГНЕТИЗМ

Лабораторный практикум для студентов

Специальности 010100 (010101.65) - Математика

Хабаровск

Содержание

 

1. Физические измерения. Обработка результатов физических измерений. 4

2. Проверка основного закона динамики вращательного движения. 11

3. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. 15

4. Определение отношения теплоемкостей газов С_P/С_V методом Клемана и Дезорма 22

5. Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей и газов. 24

6. Изучение электростатического поля. 30

Лабораторная работа № 1

Физические измерения

Обработка результатов физических измерений

 

1. Задачи измерений

Физика – наука экспериментальная. Физические законы устанавливаются и проверяются путем сопоставления экспериментальных данных. При выполнении лабораторных работ студенты на опыте изучают основные физические явления, учатся анализировать полученные результаты.

Физика – наука количественная. Результаты измерений анализируются, формулируются физические законы в виде математических формул, связывающих между собой числовые значения физических величин.

В результате измерений мы узнаём во сколько раз измеряемая величина больше илименьше соответствующей величины, признанной за эталон. Основные эталоны хранятся в специальных метрологических учреждениях. На практике пользуются измерительными приборами, связанными с эталонами.Это могут быть линейки, штангенциркули, микроскопы и т.д.

Никакие измерения не могут быть выполнены абсолютно, точно. Результаты измерений всегда содержат некоторую ошибку. Измерения, которые были произведены при сравнении с эталоном измерительных приборов и инструментов также связаны снекоторой ошибкой. Измеряя какую-либо величину, мы не можем сделать ошибку меньшей, чем та, которая определяется погрешностью измерительных инструментов. Например, если длина линейки определена сточностью 0,1%, то, применяя ее, нельзя измерить длину сбольшей точностью.

В задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но и оценка погрешности ее измерения. Чем точнее мы хотим измерить что-либо, тем труднееэто сделать. Поэтому не следует увлекаться излишней точностью. Но очень часто повышение точности измерений позволяет вскрыть новые закономерности. Например, повышение точности измерения плотности воды привело в 1932 г. к открытию тяжелого изотопа водорода – дейтерия.

В задачу измерений входит также установление надежности измерений, которая характеризует вероятность того, что истинное значение измеряемой величины находится в заданных пределах.

Виды ошибок

Ошибки можно подразделить на случайные, систематические и промахи. Ошибки, сохраняющие спою величину и знак от опыта к опыту, носят название систематических. К систематическим ошибкам принадлежат ошибки, связанные снеравноплечестью весов, неточной разбивкой шкалы измерительных приборов и т. д.

Ошибки, которые изменяют величину и знак непредсказуемым образом от опыта к опыту, называются случайными. Например, при взвешивании одного и того же груза, коромысло весов за счет силы трения останавливается не всегда в одном месте. В этом случае мы обнаружим случайнуюошибку, которая меняется от опыта копыту.

Влияние случайных ошибок нарезультат измерений может быть уменьшено при многократном повторении опыта. Уменьшить вклад систематических ошибок путем повторения опыта нельзя. Для этого нужно усовершенствовать прибор или изменить методику измерений.

Промахи – это ошибки, полученные в результате описок, из-заневнимательности, из-за случайных помех и т. д. Их следует исключитьиз рассмотрения результатов.

Качество результатов измерений обычно удобно характеризовать не абсолютной величиной ошибки Dх (отклонение результата данного измерения от наилучшего значения результата многократных измерений), а ее отношением к измеряемой величине Dх/х,которое называют относительной ошибкой и обычно выражают в процентах

.

Надежность измерений

Истинное значение измеряемой величины x лежит в интервале x_ср. – D < x < x_ср. + D не точно, а с определенной вероятностью a.

Надежность измеренийвеличины x характеризуется доверительной вероятностью a и доверительным интервалом Dx.

Доверительный интервал Dx ограничивает такую окрестность x_ср. ± Dх, куда с заданной (доверительной) вероятностью a попадает истинное значение X. Если основная погрешность имеет систематическое происхождение (d << s), то истинное значение x лежит в интервале x = x_ср. ± d со 100% вероятностью, т. к. d – это верхняя граница возможных погрешностей. Получить простую оценку для меньших a, в случае систематических по­грешностей не удается.

Для случайных погрешностей задача для нахождения Dx была решена Стьюдентом. Доверительный интервал при заданной вероятности определяется по формуле (5)

Dх = К_{a n}s, (1.5)

 

где n – число измерений, а коэффициенты К_{a n}(коэффициенты Стьюдента) берутся из таблиц. При получении формулы (5) предполагалось, что вероятности случайных отсчетов распределены по нормальному закону, для которого плотность вероятности (вероятность попадания в единичный интервал значений случайной величины) дается гауссовой кривой

 

. (1.6)

 

Отметим еще раз, что при n ® ¥ интервалу Dx = sотвечает надежность 68%. Это означает, что существует весьма заметная (32%) вероятность того, что X лежит вне интервала x_ср – s < x < x_ср + s.

Однако уже при x = 2s надежность возрастает до 95%. В случае, если систематическая и случайная ошибки примерно одинаковы, трудно дать строгое определение суммарной ошибки. Выбирая в качестве систематической ошибки приборную, мы знаем только верхнюю границу возможных ошибок. Если к такой систематической ошибке присоединяется случайная, то мы ничего не можем сказать о вероятности появления ошибок различной величины, но можем оценить предельные значения суммарных ошибок. С вероятностью не менее 0,95 мы можем утверждать, что результаты измерений не будут отличаться от истинного значения на величину

 

Dx = d + 2s.

Исключение промахов

Промахи (числа, резко отличающиеся от остальных) следует исключать из рассмотрения. Критерий отбрасывания состоит в том, чтобы исключить израссмотрения отсчеты, для которых |Dx_i| > Зs. Основанием к этому считают то, что при нормальном законе распределения вероятность попадания Dx_i, за пределы интервала ±3s составляет всего 0,3%. Следует, однако, отметить, что s надо рассчитывать сучетом всех измерений, включая предполагаемые промахи, а затем уже проводить сравнение.

Пример обработки результатов прямых измерений

Пусть в результате измерений высоты цилиндра штангенциркулем спогрешностью 0,05 мм были получены значения: 20,2 мм, 20,1 мм, 20,0 мм и 20,2 мм. Записать результат измерения, отвечающий доверительной вероятности a = 95%. Определить качество измерений (относительную погрешность Е).

Вычислим сначала среднее арифметическое по формуле (1), В нашем случае x_ср. = 20,13мм. Вычислим далее погрешности отдельных измерений Dx_i = x_i – x_ср., их квадраты (Dx_i)² и стандартную ошибку по формуле(2). В результате вычислений имеем s =0,048 мм. Поскольку ни одно из отклонений не может быть отброшено ввиду его ошибочности (Dx_i < Зs), мы можем надеяться, что среди x_i нет промахов.

 

xi, мм	xср., мм	Dxi = xi – xср., мм	(Dxi)^2	s, мм
20,2	20,13	0,07	0,005	0,048
20,1	- 0,03	0,001
20,0		- 0,13	0,017
20,2	0,07	0,005

 

Стандартная ошибка практически равна приборной погрешности d = 0,05 мм. Поэтому точность метода в равной степени определяется систематическими и случайными погрешностями. Надежности a = 95% отвечает доверительный интервал Dx_95% = d + 2s» 0,15 (мм). Таким образом, окончательный результат измерений с надежностью 95% может быть записан следующим образом:

x = x_ср ± Dx_95% = 20,13 ± 0,15 (мм).

 

Качество измерений характеризуется относительной погрешностью

 

.

7. Некоторые советы и рекомендации к расчетам и вычислениям

1. Наличие ошибки определяет точность, с которой имеет смысл производить вычисления x_ср. Легко видеть, что запись x_ср. = 2,86745 ± 0,070 бессмысленна. Вычисление следовало производить с точностью до второго знака после запятой или максимум до третьего знака. При ошибке 0,070 последние две цифры числа 2,86745не означают ровно ничего. Этих цифр не следует ни писать, ни вычислять. Грамотная запись результатов была бы 2,87 ± 0,07 или 2,867 + 0,070.

2. При нахождении среднего значения измеряемой величины вычисления производятся с точностью до значащих цифр систематической (приборной) погрешности, например: d = 0,5; x_ср. = 92,0; x_ср. = 66,4 и т. д.

3. Погрешности измерений после их вычислений записываются с точностью до 10% от полученного значения, например: 0,28» 0,30; 0,76» 0,80; 1,13%» 1,1%. Необходимо отметить, что изложенный здесь способ обработки результатов прямых измерений не является достаточно полным и позволяет оценивать абсолютную погрешность измерений с точностью до 10%. Однако, для обычной лабораторной практики такая точность является вполне приемлемой.

Литература

1. Руководство к лабораторным занятиям по физике. (Под редакцией Л.А. Гольдина). М.: Наука. 1973.

2. Лабораторный практикум по общей физике. (Под редакцией Гершензона Е.М. и др.). М.: Просвещение. 1985.

3. Введение в лабораторный физический практикум. В.Г. Довбило, Э.И. Каткова. 1. Физические измерения. Обработка результатов физических измерений. Хабаровск, 1996.

Индивидуальное задание

В результате n₀ измерений некоторой величины x прибором с ценой деления 1,0 получены некоторые числа (см. таблицу). Найти полную ошибку измерений, записать результат измерений, отвечающий доверительной вероятности α = 95%.

 

Вариант	х1	х2	х3	х4	х5	х6	х7	х8	х9	х10
	53,5	53,0	52,5	53,0	53,0	52,0	52,0	54,0	54,0	53,0
	73,5	72,5	73,0	73,0	72,0	73,0	74,0	72,0	73,0	74,0

Лабораторная работа № 2

Измерения

Задание 1. Проверить зависимость углового ускорения от момента внешних сил.

Выполнение работы начните с измерения высоты h опускания груза Р на нити и радиуса r₁ шкива (штангенциркулем). Измерения г₁ произвести не менее трех раз и взять за истинную величину среднее арифметическое.

Изменить момент сил можно, положив сначала один, затем два и, наконец, три груза на платформу. Массу грузов предварительно определите взвешиванием на технических весах. Для трех значений моментов внешних сил измерить время опускания груза, сделав не менее 4–5 отсчетов. Результаты измерений и расчетов занести в табл. 2.1.

Примечание. За массу m принять массу грузов вместе с платформой; масса платформы 50 г ± 0,2 г.

По полученным данным убедитесь в справедливости уравнения (2.6) (в пределах ошибок измерения), а, следовательно, и уравнения (2.1).

Таблица 2.1

№ п/п	m i, кг	h, м	r i, м	tср, с	, с^–2	М, Н×м
1.
2.
3.

Задание 2. Проверить зависимость углового ускорения от момента инерции (соотношение (2.7)).

Момент инерции можно изменять, закрепляя грузы с массой m_гр на стержнях симметрично относительно оси вращения на разных расстояниях l от нее. Для каждого момента инерции определите время опускания грузов, делая 4–5 измерений.

Примечание.

1. Задание 2 выполняется при постоянном моменте сил (постоянной массе груза на платформе).

2. Масса одного груза на стержне m_гр = 89,5 ± 0,5 г.

3. Момент инерции ненагруженного маятника рассчитать как J_0ср:

.

Данные для расчета взять из табл. 2.1.

Результаты измерений и расчетов занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

№ п/п	М, Н×м	li, м	(из (2.6)), кг×м^2	, кг×м^2	, кг×м^2	t, c	, с^–2

 

Записать результаты измерений с учетом погрешности. Погрешность следует оценивать для найденных отношений. Найдем абсолютные погрешности , учитывая, что моменты инерции находили по формуле , угловые ускорения – по формуле .

Относительная погрешность для отношения :

.

Абсолютная погрешность ΔJ₁ и ΔJ₂ найдем по формуле:

.

Относительная погрешность для отношения :

, так как .

Абсолютные погрешности получаем умножением относительных погрешностей на вычисленные отношения:

.

Окончательный результат следует записать в виде:

.

Относительную и абсолютную ошибки для задания 1 найти самостоятельно и записать результат в виде:

.

Задание 3. Вычислить момент инерции маятника J₀ теоретически, используя определенные формулы для моментов инерции твердых тел различной формы из справочника и сравнить полученный расчетом результат с найденным экспериментально в задании 1.

Примечание. Масса стержня 45 г; масса шкива 130 г.

 

Литература

1. Трофимова, Т. Н. Курс физики / Т. Н. Трофимова. М.: Высшая школа, 2003.

2. Гершензон, Е. М. Механика / Е. М. Гершензон, Н. Н. Малов, А. Н. Мансуров. М.: Академия, 2001.

3. Савельев, И. В. Курс общей физики. В 3 т. Т. 1. / И. В. Савельев. М.: Высшая школа, 1975.

 

 

Лабораторная работа № 3

Измерения

Задание 1. Исследуйте форму траектории суммарного колебания при произвольной разности фаз φ и одинаковой частоте складываемых взаимно перпендикулярных колебаний. Определите параметры колебаний (амплитуды а и b, разность фаз φ и частоту ω). Настройте песочный маятник так, чтобы складываемые колебания имели одинаковые частоты (w₁ = w₂), для чего нужно закрепить муфту С за крючок Д перекладины. Определить период колебаний Т и рассчитать частоту складываемых колебаний .

Для исследования траектории следует положить под маятник лист бумаги, отметить на нем проекцию неподвижного маятника (точка О) и провести оси Ох и Оу. Насыпав песок в воронку, получить траекторию суммарного колебания, отводя маятник в направлении оси х (или у) и сообщая небольшой импульс в направлении оси у (или х).

Найдите амплитуды а и b и разность фаз φ складываемых колебаний. Напишите уравнение колебательного движения. Данные измерений и вычислений занесите в табл. 3.1

Таблица 3.1

Колебания в направлении	Число колебаний	t, с	Т, с	ω, с^-1	а, м	b, м	φ, град.	Уравнения в параметрической форме
Ох
Оу

Задание 2. Исследуйте форму траектории суммарного колебания при разности фаз, равной 0, и отношении частот складываемых колебаний w₁:w₂ = 1:2. Определите параметры взаимно перпендикулярных колебаний (амплитуды а и b, отношение частот w₁:w₂, разность фаз φ). Напишите уравнение траектории суммарных колебаний.

Выполнение задания следует начинать с расчета длин маятников, для которых отношение периодов (частот) их колебаний будет равно 2. Поместите на нитях муфту так, чтобы длины получившихся маятников удовлетворяли найденному условию. Проверьте правильность нахождения положения муфты непосредственным измерением периодов колебаний маятников. Если нужно, перемещением муфты добейтесь желаемого результата. Получите и зарисуйте траекторию колебаний и найдите необходимые параметры, характеризующие колебательный процесс. Данные измерений и вычислений занесите в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Колебания в плоскости Ох	Колебания в плоскости Оу	Уравнения в параметрической форме
Длина маятника, l	Т1 , с	ω1 , с^-1	а, м	φ, град.	Длина маятника	Т2 , с	ω2 , с^-1	b,м	φ, град

Литература

1. Сивухин, Д. В. Общий курс физики. Механика. В 3 т. Т. 1 / Д. В. Сивухин. М.: Высшая школа, 1989.

2. Гершензон, Е. М. Механика / Е. М. Гершензон, Н. Н. Малов, А. Н. Мансуров. М.: Академия, 2001.

 

Лабораторная работа № 4

Определение отношения теплоемкостей газов С_P/С_V методом Клемана и Дезорма

 

Цель работы: определить отношение C_P/C_V для воздуха, изучить адиабатический и другие процессы в газах.

Приборы и принадлежности: стеклянный баллон, водяной манометр, осушитель, насос.

Теория метода

Стеклянный баллон (рис. 4.1) наполнен воздухом при атмосферном давлении. С помощью насоса в баллон через осушитель накачивается дополнительная порция воздуха, пока разность уровней воды в манометре М не составит 25–30 см. Кран K закрывается и через некоторое время температура газа в баллоне сравняется с температурой окружающей среды, разность уровней перестанет меняться и будет равной h₁.

Выделим в сосуде некоторое количество z воздуха (объем V₁) и рассмотрим про­цессы, которые с ним происходят. Первое состояние характеризуется параметрами P₁, V₁, T₁, где P₁ = Р₀ + rgh₁. Откроем и быстро закроем кран К так, чтобы давление в бал­лоне сравнялось с атмосферным. Часть газа из баллона (но не из объема V₁) выйдет через кран. Так как процесс расширения выбранного нами количества воздуха происходит быстро, а процесс теплообмена с окружающей средой, благодаря малой теплопроводности стенок баллона, идет медленно, этот процесс можно считать адиабатическим. Температура газа при этом уменьшается.

Второе состояние характеризуется параметрами Р₀, V₂, Т. Далее за счет теплооб­мена с окружающей средой газ медленно нагревается до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды. Разность уровней в манометре не перестанет меняться и станет равной h₂.

Третье состояние характеризуется параметрами Р₂, V₂, Т₀, где Р₂ = Р₀ + rgh₂. Разность давлений P₁ – Р₀ и P₂ – Р₁ во много раз меньше атмосферного давления. Действительно, атмосферному давлению соответствует высота водяного столба, при­мерно равная 10³ см, а указанные разности не превышают 30 см. Поэтому для упроще­ния вычислений с этими разностями можно обращаться как с бесконечно малыми дифференциалами. То же относится и к изменению объема выделенной порции газа.

Напишем первое начало термодинамики:

 

dQ = zC_VdT + PdV, (4.1)

где z – число молей газа.

 

Для адиабатического перехода из состояния 1 в состояние 2 dQ = 0, значит

zC_VdT + PdV = 0. (4.2)

 

Продифференцируем уравнение Менделеева-Клапейрона

 

PdV + VdP = zRdT.

 

Найдем dT и подставим в формулу (4.2). Получим

,

откуда

, (4.3)

где – показатель адиабаты.

Это уравнение адиабатического процесса в дифференциальной форме, его реше­ние дает формула Пуассона. Учитывая сказанное ранее о разностях давлений и объемов, окончательно запишем:

 

gР(V₂ – V₁) +V(P₀ – P₁) = 0. (4.4)

 

В состояниях 1 и 3 температуры газа одинаковы, поэтому, как это следует из уравнения Менделеева-Клапейрона, Р₁V₁ = Р₂V₂, т. е. PV = const. Продифференцируем это выражение PdV + VdP = 0 и перейдем к разностям объемов и давлений

Р(V₂ – V₁) +V(P₂ – P₁) = 0. (4.5)

 

Решая совместно уравнения (4.3) и (4.5) относительно g, получим уравнение

.

В результате получается расчетная формула для определения С_Р/С_V:

. (4.6)

Порядок выполнения работы

1. Накачать в сосуд воздух. После установления равновесия измерить разность уровней воды в манометре h₁.

2. Открыть и быстро закрыть кран К. После установления равновесия измерить разность уровней в манометре h₂.

3. Проделать 10 измерений, вычислить среднее значение С_Р/С_V, абсолютную и относительную погрешности.

Контрольные вопросы

1. Какие процессы имеют место в эксперименте?

2. Почему С_Р > С_V?

3. Как теоретически определить С_Р/С_V?

4. Почему экспериментальные результаты систематически меньше теоретически вы­численной величины?

Литература

1. Яковлев, В.Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика / В.Ф. Яковлев. М., 1976, §§7, 19–23, 37.

2. Сивухин, Д. В. Курс физики. Т. 2 / Д. В. Сивухин. М.: «Наука», 1986, §§20–22.

 

Лабораторная работа № 5

Порядок выполнения работы

1. Подбирают подходящий шарик, измеряют его диаметр при помощи микрометра, затем опускают его в жидкость по оси цилиндра.

2. Следят за его падением и, когда он, падая равномерно, достигает верхней отметки на цилиндре, включают секундомер. При достижении шариком нижней отметки на цилиндре останавливают секундомер

3. Измеряют миллиметровой линейкой расстояние между отметками на цилиндре.

4. Измеряют плотность жидкости ареометром.

5. Измерения произвести для семи шариков.

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

№ опыта	R, м	r, м	l, м	t, м	r, кг/м^3	r1, кг/м^3	h, Нс/м^2	Dh, Нс/м^2	(Dh/h)100

 

7. Определить относительную погрешность измерений, вносимую вискозиметром Стокса, если не учитывать поправок на ограниченность объема жидкости, в которой происходит падение шарика.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое вязкость? В каких единицах измеряется?

2. Какие силы действуют на шарик, падающий в жидкости?

3. Почему, начиная с некоторого времени, шарик движется равномерно?

4. Как изменится скорость движения шарика, если увеличить его диаметр?

5. Нужно ли вводить поправочный коэффициент в формулу (3)?

 

Литература

1. Арцыбышев, С.А. Курс физики. Ч. 1 / С.А. Арцыбышев (любое издание).

2. Гершензон, Е.Н. Курс общей физики. Молекулярная физика / Е.Н. Гершензон, Н.Н. Малов, B.C. Эткин, 1982, гл. 4 §§4,6.

3. Кикоин, А.К. Общий курс физики. Молекулярная физика / А.К. Кикоин, И.К.

 

Приложение

Вязкость hглицерина (СзН₈О₃), 10^–3 кг/(м×c)

 

t, °C
h
t, °C
h					5,2	1,8	1,0

 

Вязкость hглицерина (СзН₈О₃), 10^–3 кг/(м×c)

Лабораторная работа № 6

Теоретические сведения

Электростатическое поле

Количественное изучение электростатического поля началось в 1875 году с установления опытным путем Ш.Кулоном закона взаимодействия точечных электрических зарядов:

(6.1)

Этот закон лежит в основе электростатики, на нем построены все другие выводы и положения.

Одновременно с установлением закона Кулона был поставлен ряд вопросов: «Каким образом взаимодействуют заряды? Как передается взаимодействие? Происходят ли какие-либо изменения в окружающем пространстве при наличии только одного заряда? и т. д.»

В процессе развития теории электричества существовало два предположения. В одном из них считалось, что взаимодействие передается без участия промежуточных тел или среды, т. е. через пустоту и при том мгновенно (теория дальнодействия). Понятно, что в таком случае присутствие заряда не производит никаких изменений в окружающем пространстве.

Современная физика отказалась от теории дальнодействия как противоречащей опыту. В частности доказано, что передача взаимодействия происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. С философской точки зрения теория дальнодействия неприемлема, так как передача взаимодействия (движения) через пустоту без участия материи означает возможность движения без материи.

Другое предположение (теория близкодействия) утверждает, что любое взаимодействие между двумя телами может передаваться последовательно от точки к точке с конечной скоростью и только при наличии некоторого физического агента, окружающего эти тела. Даже при наличии только одного заряда в окружающем пространстве происходят определенные изменения. Идея близкодействия принята в современной физике и доказана экспериментально.

Любой электрический заряд создает вокруг себя особый вид материи, который называется электрическим полем. Заряды взаимодействуют друг с другом через окружающие их поля. Поле одного заряда действует на другой и наоборот.

Наши органы чувств не могут непосредственно обнаружить электрическое поле, но по воздействию поля на электрические заряды мы можем исследовать и описать его свойства, а также убедиться в его реальном существовании независимо от человеческого сознания и обладании определенными физическими свойствами. Таким образом, электрическое поле есть особая форма материи, порождаемая электрическими зарядами.

Выполнение работы

Цель работы: исследование электростатических полей, создаваемых заряженными телами различной конфигурации, с помощью электростатической ванны.

Приборы и принадлежности: 1)электростатическая ванна; 2) высокоомный вольтметр (Ц4323-М1); 3) источник питания с регулируемым выходом (ВС-24); 4) набор соединительных проводов; 5) канцелярская бумага; 6) стакан с водопроводной водой; 7) зонд.

Подготовка ванны к работе: Схематическое устройство ванны (вид сбоку) показано на рис. 6.6.

Для подготовки ванны к работе необходимо:

1. Отвинтить прижимные винты.

2. Снять покровную сетку.

3. Подливая постепенно воду на ткань, уложенную на дно ванны, хорошо увлажнить ее равномерно по всей поверхности.

4. Наложить на мокрую ткань лист канцелярской бумаги (два листа, если Вы работаете в паре с другим студентом).

5. Установить на покровной сетке электроды, имитирующие плоский конденсатор (в центре ванны, расстояние между электродами примерно 8–10 мм), осторожно опустите сетку с электродами на уже увлажнившуюся равномерно бумагу.

6. Осторожно (чтобы не порвать бумагу и не сломать электрод) откорректировать положение электродов параллельно друг другу и краям ванны, прижать легко винтами сетку к бумаге.

7. Достаточно энергичным нажатием пальцев в области расположения электродов сделать их оттиски на бумаге.

 

Задание 1. Соберите электрическую схему по рис. 6.7. Установите на электродах выбранное напряжение. Легким прикосновением зонда к влажной бумаге через отверстия в покровной сетке обнаружьте и нанесите прокалыванием бумаги эквипотенциальные поверхности (не менее 3), потенциалы которых выберите в соответствии с правилами графического изображения полей.

Точки на каждой эквипотенциальной поверхности наносите через 8–12 мм.

Сняв полную картину поля, выключите источник питания, осторожно отсоедините проводники от электродов, снимите покровную сетку и осторожно, чтобы не порвать, снимите бумагу и положите ее на гладкую поверхность для просушки.

 

Задание 2. На высохшей картинке задания 1 шариковой ручкой или фломастером нарисуйте картину поля с помощью эквипотенциальных поверхностей и линий напряженности.

По полученной картинке рассчитайте напряженность электрического поля для точки, лежащей в центре картинки и для одной из точек лежащей вблизи электрода. Полученные результаты сравните с теоретическими, определяемыми по формуле для плоского конденсатора:

Объясните обнаружившиеся расхождения.

 

МАХАНИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО и МАГНЕТИЗМ

Лабораторный практикум для студентов