Электричество. Волновая оптика

Физика

Электричество. Волновая оптика

 

Комплекс К-303.2.ИЭ

 

Методические указания по самостоятельной работе

при подготовке к выполнению лабораторных работ

по физике для студентов специальностей

080502 (ЭМ, ЭС, ЭХ, ЭГ)

 

Составители В. В. Дырдин

И. С. Елкин

 

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 8 от 25.03.2009

Рекомендованы к печати
учебно-методической комиссией специальности 080502

Протокол № 17 от 07.04.2009

Электронная копия находится

в библиотеке ГУ КузГТУ

 

 

КЕМЕРОВО 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание …………………………………………………..….….1

Введение……………………………………………………….….…2

1. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ….……..…..……….3

 

2. Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ…………….…………………………7

 

3. Лабораторная работа № 2

Определение удельного сопротивления
резистивного провода……………………………….……12

 

4. Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ……...18

 

5. Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ…….……….22

 

6. Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

СТЕКЛА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМ МЕТОДОМ…..…….……27

 

7. Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ……………………………...….29

 

8. Лабораторная работа № 7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА……………….……………..…33

 

9. Вопросы для самоподготовки ………………….………………35

 

10. Список литературы……………………..…..…..….…….…….37

ВВЕДЕНИЕ

 

Комплекс К-303.2.ИЭ представляет собой необходимый перечень лабораторных работ, предусмотренных образовательным стандартом и рабочей программой по разделам «Электричество», «Волновая оптика» дисциплины «Физика». Он включает в себя описание лабораторных установок, порядок измерений и алгоритм расчета определенных физических величин.

На выполнение одной лабораторной работы в среднем отводится два часа аудиторных занятий. В соответствие с образовательным стандартом второго поколения 50 % от всего объема учебных часов, отводимых на изучение дисциплины, приходится на самостоятельную работу, которая является необходимым компонентом процесса обучения. Целью самостоятельной работы является закрепление и углубление знаний и навыков, подготовка к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, а также формирование у студентов самостоятельности в приобретении новых знаний и умений.

Учебным планом при подготовке студентов по направлению «Экономика и управление на предприятии» на самостоятельное изучение дисциплины «Физика» в течение первого и второго семестров предусмотрено 98 часов. Из них на лабораторные занятия отводится 38 часов, т. е. из расчета 3,5–4 часа на одну работу. В течение этого времени студент должен: прочитать соответствующие параграфы в учебниках; выучить основные формулы и законы; познакомиться с установкой и порядком измерений; произвести необходимые вычисления и оформить работу в соответствие с общими требованиями. Для допуска к выполнению работы на установке студент должен знать устройство установки, уметь определять цену деления измерительного прибора, знать последовательность измерений, уметь обрабатывать результаты измерений.

После всех расчетов и оформления отчета студент должен сделать вывод, в котором конкретно указать те физические закономерности, которые были проверены в ходе выполнения работы.

За первый и второй семестры студент обязан выполнить минимум по пять лабораторных работ в каждом из семестров.

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель работы

Освоение экспериментального метода изучения картины эквипотенциальных линий и линий напряженности электрического поля.

Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 5, 6, 8, 11, 13; [2] §§ 13.3, 13.4; [3] §§ 79–82, 92. Для выполнения работы студент должен знать: а) определение напряженности и потенциала электрического поля; б) теорему Гаусса для электрического поля; в) построение эквипотенциальных линий и линий напряженности; г) уметь пользоваться измерительными приборами и рассчитывать погрешности при электрических измерениях.

Выполнение работы

Подготовка установки к работе

3.3.1. Заполнить дно кюветы водой.

3.3.2. Собрать электрическую схему установки согласно рис. 2.1.

3.3.3. Подключить к сети источник питания ИП и электронный осциллограф ЭО.

3.3.4. Подготовить электронный осциллограф к работе. Для этого нужно выбрать подходящее усиление по оси “Y”, а так же определить цену деления шкалы осциллографа по оси “Y”, которое оставить постоянным на протяжении всех измерений. Для этого необходимо поместить второй зонд на электрод Э₂ и меняя усиление по оси “Y” добиться максимального размаха. После чего разделить показания вольтметра на число делений осциллографа.

3.3.5. Подготовить лист миллиметровки, отметить на нем положение электродов и координатных осей.

Цель работы

Освоение методики измерения неизвестного сопротивления методом амперметра-вольтметра и оценки погрешности электрических измерений.

Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 31, 34; [3] §§ 96–98; [4] §§ 40, 41. Для выполнения работы студент должен: а) знать закон Ома для участка цепи, основные характеристики электрического тока, методы их определения; б) уметь пользоваться электроизмерительными приборами; в) иметь представления о погрешностях электроизмерительных приборах.

3. Выполнение работы

Погрешности измерений

В случае, если сопротивления приборов неизвестны, то неизвестное сопротивление рассчитывают по упрощённой формуле:

. (3.5)

При этом возникает относительная методическая погрешность измерения e, равная:

, (3.6)

где R_X – истинное значение измеряемого сопротивления.

Относительная методическая погрешность измерения для схемы (I):

. (3.7)

Относительная методическая погрешность измерения для схемы (II):

. (3.8)

Подготовка установки к работе

3.4.1. Включить прибор в сеть, нажав клавишу 8 (рис. 3.1).

3.4.2. Нажать клавишу 6. Это позволяет измерять сопротивление провода по методу амперметра – вольтметра.

3.4.3. Отжать клавишу 7, если измерения ведутся по схеме (I), и нажать на клавишу 7, если измерения осуществляются по схеме (II).

Цель работы

Определение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли с использованием закона Био – Савара – Лапласа.

Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 40, 42; [2] §§ 22.1, 22.2; [4] §§ 50, 51. Для выполнения работы студент должен: а) знать закон Био – Савара – Лапласа и его применение для кругового витка с током; б) уметь пользоваться электроизмерительными приборами; в) уметь рассчитать погрешности измерений.

Выполнение работы

Подготовка установки к работе

3.3.1. Соберите цепь по схеме, изображенной на рис. 4.1.

3.3.2. Совместите плоскость витка с плоскостью магнитного меридиана (стрелка должна находиться в плоскости витка). По лимбу определите положение северного конца магнитной стрелки (угловая координата ).

3.3.3. Замкните цепь тангенс-гальванометра (ключ К) и перемещением движка реостата добейтесь отклонения стрелки на угол ° от начального положения ( – новая угловая координата северного конца магнитной стрелки).

3.3.4. С помощью переключателя П измените направление тока в витках катушки тангенс-гальванометра и измерьте угловую координату северного конца магнитной стрелки, найдите . Углы и не должны отличаться более, чем на 3°, в противном случае пп. 3.3.2–3.3.4 следует повторять до тех пор, пока не будет получен нужный результат.

3.3.5. Изменяя ток в цепи тангенс-гальванометра, проведите измерения углов отклонения и для пяти значений в интервале от 35° до 55°. Результаты измерений занесите в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Результаты измерений углов и расчета при расположении плоскостикатушки в плоскости магнитного меридиана

№		, град	, град	, град	, град	, град	, град	tg	, Тл	, Тл
дел.	А

 

3.3.6. По формуле (4.3) вычислите значение горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли и среднее значение .

Цель работы

Освоить экспериментальный метод определения индуктивности катушки.

Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 60–62, 64; [2] §§ 25.1, 25.2; [3] §§ 122, 123, 126. Для выполнения работы студент должен: а) знать законы постоянного тока; фазовые соотношения в цепях переменного тока; закон электромагнитной индукции; б) уметь пользоваться электроизмерительными приборами; в) уметь рассчитывать погрешности электрических
измерений.

Выполнение работы

Цель работы

Определение относительного показателя преломления стеклянной пластины.

Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 119–121; [2] §§ 31.1, 31.2. Для выполнения работы студент должен знать: а) суть явления интерференции; б) понятие когерентности, оптической длины пути, оптической разности хода; в) условия наблюдения максимумов и минимумов в интерференционной картине.

Выполнение работы

Цель работы

Определение основных спектральных характеристик дифракционных решеток.

Подготовка к работе

Ознакомиться с описанием лабораторной работы, изучить в: [1] §§ 126, 129, 130; [2] §§ 32.1, 32.4; [3] §§ 176, 180. Для выполнения работы студент должен знать: а) суть явления дифракции, виды дифракции; б) условие наблюдения максимумов и минимумов дифракции на щели; в) особенности наблюдения дифракции в монохроматическом и белом свете.

Выполнение работы

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА

Цель работы

Экспериментальная проверка закона Малюса.

Подготовка к работе

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] §§ 134, 135; [2] § 34.1; [3] §§ 190–191. Для выполнения работы студент должен знать: а) отличие естественного света от поляризованного; б) закон Малюса; в) уметь пользоваться измерительными приборами.

Выполнение работы

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Что называют напряженностью электростатического поля?

2. Сформулируйте принцип суперпозиции полей.

3. Что называют потенциалом электростатического поля?

4. Как графически изобразить электростатическое поле?

5. Как аналитически связаны напряженность и потенциал? Куда направлен вектор градиента потенциала?

6. Что называют потоком вектора ?

7. Сформулируйте теорему Остроградского – Гаусса.

8. Что такое сопротивление? От чего оно зависит и что определяет в цепи постоянного тока?

9. Каким образом, зная класс точности прибора найти абсолютную погрешность измерения?

10. Дан многопредельный амперметр на 30 мА, 150 мА и 300 мА. Класс точности прибора 0,2. Определите абсолютную погрешность прибора для каждого предела измерения.

11. Как записывается закон Ома в дифференциальной форме?

12. Дайте понятие линии магнитной индукции, потока вектора магнитной индукции. Сформулируйте теорему Гаусса для магнитного поля.

13. Сформулируйте закон Био – Савара – Лапласа.

14. Что такое индуктивность? От чего она зависит и что определяет в цепи синусоидального тока?

15. Что такое активное, индуктивное и полное сопротивление в цепи переменного тока?

16. В чём заключается закон электромагнитной индукции и явление самоиндукции?

17. Как влияет железный сердечник на величину индуктивности катушки?

18. Если напряжение на активном сопротивлении равно 20 В, а на последовательно включённой с ним катушке индуктивности – тоже 20 В, то каково напряжение, приложенное к данной цепи?

19. Что такое интерференция света и каковы условия ее наблюдения?

20. Какие источники света называются когерентными и какими способами их можно получить?

21. Что такое оптическая длина пути, геометрическая и оптическая разности хода интерфирирующих лучей?

22. Запишите условие максимума и минимума интенсивности света при интерференции.

23. Что такое ширина интерференционной полосы? От чего она зависит?

24. Как рассчитать ширину полосы в интерференционной картине от двух источников?

25. Будет ли наблюдаться интерференция в белом свете? Опишите ее особенности.

26. В чем суть явления дифракции?

27. Объясните особенности наблюдения дифракции Френеля? Дифракции Фраунгофера?

28. Запишите условия наблюдения максимумов и минимумов дифракции на щели, на решетке.

29. Для каких видов волн характерно явление дифракции?

30. Что понимается под угловой дисперсией дифракционной решетки?

31. Какой свет называется естественным, поляризованным, частично поляризованным?

32. Каким способом можно получить поляризованный свет?

33. Как определяется степень поляризации света?

34. Как отличить естественный свет от поляризованного с помощью поляризатора?

35. Сформулируйте закон Малюса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие: в 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., стереотип. – СПб.: Лань, 2007. – 496 с.

2. Детлаф, А. А.Курс физики: учеб. пособие для втузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. – 6-е изд., стереотип. – М.: Издат. центр «Академия», 2007. – 720 с.

3. Трофимова, Т. И. Курс физики: учеб. пособие для инж.-техн. специальностей вузов. – 14-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2007. – 560 с.

4. Сивухин, Д. В. Общий курс физики: учеб. пособие: для вузов: в 5 т. Т. III. Электричество. – 4-е изд., стереотип. – М.: Наука, 2007. – 560 с.

 

Составители

 

Дырдин Валерий Васильевич

Елкин Иван Сергеевич

Физика

Комплекс К-303.2.ИЭ

 

Методические указания по самостоятельной работе

при подготовке к выполнению лабораторных работ

по физике для студентов специальностей

080502 (ЭМ, ЭС, ЭХ, ЭГ)

 

Печатается в авторской редакции

 

Подписано в печать 29.04.2009. Формат 60×84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 2,2.

Тираж 146 экз. Заказ.

ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.

Физика

Электричество. Волновая оптика

 

Комплекс К-303.2.ИЭ

 

Методические указания по самостоятельной работе

при подготовке к выполнению лабораторных работ

по физике для студентов специальностей

080502 (ЭМ, ЭС, ЭХ, ЭГ)

 

Составители В. В. Дырдин

И. С. Елкин

 

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 8 от 25.03.2009

Рекомендованы к печати
учебно-методической комиссией специальности 080502

Протокол № 17 от 07.04.2009

Электронная копия находится

в библиотеке ГУ КузГТУ

 

 

КЕМЕРОВО 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание …………………………………………………..….….1

Введение……………………………………………………….….…2

1. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ….……..…..……….3

 

2. Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ…………….…………………………7

 

3. Лабораторная работа № 2

Определение удельного сопротивления
резистивного провода……………………………….……12

 

4. Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ……...18

 

5. Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ…….……….22

 

6. Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

СТЕКЛА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМ МЕТОДОМ…..…….……27

 

7. Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ……………………………...….29

 

8. Лабораторная работа № 7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА……………….……………..…33

 

9. Вопросы для самоподготовки ………………….………………35

 

10. Список литературы……………………..…..…..….…….…….37

ВВЕДЕНИЕ

 

Комплекс К-303.2.ИЭ представляет собой необходимый перечень лабораторных работ, предусмотренных образовательным стандартом и рабочей программой по разделам «Электричество», «Волновая оптика» дисциплины «Физика». Он включает в себя описание лабораторных установок, порядок измерений и алгоритм расчета определенных физических величин.

На выполнение одной лабораторной работы в среднем отводится два часа аудиторных занятий. В соответствие с образовательным стандартом второго поколения 50 % от всего объема учебных часов, отводимых на изучение дисциплины, приходится на самостоятельную работу, которая является необходимым компонентом процесса обучения. Целью самостоятельной работы является закрепление и углубление знаний и навыков, подготовка к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, а также формирование у студентов самостоятельности в приобретении новых знаний и умений.

Учебным планом при подготовке студентов по направлению «Экономика и управление на предприятии» на самостоятельное изучение дисциплины «Физика» в течение первого и второго семестров предусмотрено 98 часов. Из них на лабораторные занятия отводится 38 часов, т. е. из расчета 3,5–4 часа на одну работу. В течение этого времени студент должен: прочитать соответствующие параграфы в учебниках; выучить основные формулы и законы; познакомиться с установкой и порядком измерений; произвести необходимые вычисления и оформить работу в соответствие с общими требованиями. Для допуска к выполнению работы на установке студент должен знать устройство установки, уметь определять цену деления измерительного прибора, знать последовательность измерений, уметь обрабатывать результаты измерений.

После всех расчетов и оформления отчета студент должен сделать вывод, в котором конкретно указать те физические закономерности, которые были проверены в ходе выполнения работы.

За первый и второй семестры студент обязан выполнить минимум по пять лабораторных работ в каждом из семестров.