Визуалната физика дава възможност на учителя да намери най-интересните и ефективни методи на преподаване, правейки часовете интересни и по-интензивни.
Основното предимство на визуалната физика е способността да се демонстрират физически явления от по-широка перспектива и да се изучават цялостно. Всяка работа обхваща голямо количество учебен материал, включително от различни клонове на физиката. Това предоставя широки възможности за укрепване на междупредметните връзки, за обобщаване и систематизиране на теоретичните знания.
Интерактивната работа по физика трябва да се извършва в уроци под формата на работилница при обясняване на нов материал или при завършване на изучаването на определена тема. Друг вариант е работа в извънучебно време, в избираеми, самостоятелни часове.
Виртуална физика(или физика онлайн) е ново уникално направление в образователната система. Не е тайна, че 90% от информацията навлиза в нашия мозък през зрителния нерв. И не е изненадващо, че докато човек не види сам, той няма да може ясно да разбере природата на някои физически явления. Следователно учебният процес трябва да бъде подкрепен с визуални материали. И е просто прекрасно, когато можете не само да видите статична картина, изобразяваща всяко физическо явление, но и да погледнете това явление в движение. Този ресурс позволява на учителите, по лесен и спокоен начин, да демонстрират ясно не само действието на основните закони на физиката, но също така ще помогнат за провеждането на онлайн лабораторни работи по физика в повечето раздели от общообразователната учебна програма. И така, например, как можете да обясните с думи принципа на работа на pn преход? Само като покажете анимация на този процес на дете, всичко веднага му става ясно. Или можете ясно да демонстрирате процеса на пренос на електрони, когато стъклото се трие върху коприна, и след това детето ще има по-малко въпроси относно естеството на това явление. Освен това нагледните помагала обхващат почти всички раздели на физиката. Например, искате ли да обясните механиката? Моля, ето анимации, показващи втория закон на Нютон, закона за запазване на импулса при сблъсък на тела, движението на телата в окръжност под въздействието на гравитацията и еластичността и др. Ако искате да изучавате секцията оптика, нищо не може да бъде по-лесно! Ясно са показани експерименти за измерване на дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка, наблюдение на непрекъснати и линейни емисионни спектри, наблюдение на интерференция и дифракция на светлината и много други експерименти. Ами електричеството? И този раздел има доста визуални средства, например има експерименти за изучаване на закона на Омза цялостна верига, изследване на свързване на смесени проводници, електромагнитна индукция и др.
Така учебният процес от „задължителната задача“, с която всички сме свикнали, ще се превърне в игра. За детето ще бъде интересно и забавно да гледа анимации на физически явления, а това не само ще опрости, но и ще ускори учебния процес. Освен всичко друго, може да е възможно да се даде на детето дори повече информация, отколкото би могло да получи в обичайната форма на обучение. В допълнение, много анимации могат напълно да заменят определени лабораторни инструменти, поради което е идеален за много селски училища, където, за съжаление, дори Браун електромер не винаги е наличен. Какво мога да кажа, много устройства не са дори в обикновените училища в големите градове. Може би, като въведем такива нагледни помагала в задължителната образователна програма, след завършване на училище ще накараме хората да се интересуват от физиката, които в крайна сметка ще станат млади учени, някои от които ще могат да направят големи открития! По този начин ще се възроди научната епоха на велики местни учени и нашата страна отново, както в съветските времена, ще създаде уникални технологии, които изпреварват времето си. Ето защо смятам, че е необходимо да популяризираме такива ресурси колкото е възможно повече, да информираме за тях не само учителите, но и самите ученици, защото много от тях ще се интересуват от изучаването физични явленияне само в часовете в училище, но и вкъщи през свободното си време, а този сайт им дава такава възможност! Физика онлайнтова е интересно, образователно, визуално и лесно достъпно!
Министерство на образованието и науката на Руската федерация
Федерална държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование
"Тамбовски държавен технически университет"
В.Б. ВЯЗОВОВ, О.С. ДМИТРИЕВ. А.А. ЕГОРОВ, С.П. КУДРЯВЦЕВ, А.М. ПОДКАУРО
МЕХАНИКА. ОСЦИЛАЦИИ И ВЪЛНИ. ХИДРОДИНАМИКА. ЕЛЕКТРОСТАТИКА
Уъркшоп за студенти първа година редовна и втора година задочна форма
всички инженерни и технически специалности
Тамбов Издателство FSBEI HPE "TSTU"
UDC 53(076.5)
РЕЦЕНЗЕНТИ:
Доктор на физико-математическите науки, професор, гл. Катедра по обща физика, Федерална държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование "TSU им. Г.Р. Державин"
В.А. Федоров
Президент на Международния информационен нобелов център (IINC), доктор на техническите науки, професор
В.М. Тютюнник
Вязовов, В.Б.
B991 Физика. Механика. Трептения и вълни. Хидродинамика. Електростатика: семинар / V.B. Вязовов, О.С. Дмитриев, А.А. Егоров, С.П. Кудрявцев, А.М. Подкауро. – Тамбов: Издателство на Федералната държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование
"TSTU", 2011. – 120 с. – 150 бр. – ISBN 978-5-8265-1071-1.
Съдържа теми, задачи и методически препоръки за изпълнение на лабораторни упражнения в рамките на дисциплината, улесняващи усвояването, затвърдяването на преминатия материал и проверката на знанията.
Предназначен за студенти първа година редовна и втора година задочна форма на всички инженерни и технически специалности.
UDC 53(076.5)
ВЪВЕДЕНИЕ
Физиката е точна наука. Основава се на експериментиране. С помощта на експеримента се проверяват теоретичните положения на физическата наука и понякога той служи като основа за създаването на нови теории. Научният експеримент води началото си от Галилей. Големият италиански учен Галилео Галилей (1564 - 1642), хвърляйки чугунени и дървени топки с еднакъв размер от наклонената кула в Пиза, опровергава учението на Аристотел за пропорционалността на скоростта на падащите тела на гравитацията. За Галилео топките падат в основата на кулата почти едновременно и той приписва разликата в скоростта на съпротивлението на въздуха. Тези експерименти бяха от голямо методологично значение. В тях Галилей ясно показва, че за да се получат научни заключения от опита, е необходимо да се премахнат вторичните обстоятелства, които пречат на получаването на отговор на въпроса, зададен от природата. Човек трябва да може да види главното в опита, за да се абстрахира от факти, които са маловажни за дадено явление. Затова Галилей взема тела с еднаква форма и размер, за да намали влиянието на силите на съпротивление. Той беше разсеян от безброй други обстоятелства: състоянието на времето, състоянието на самия експериментатор, температурата, химическия състав на хвърлените тела и т.н. Простият експеримент на Галилей по същество е истинското начало на експерименталната наука. Но такива изключителни учени като Галилей, Нютон, Фарадей бяха отделни блестящи учени, които сами подготвиха своите експерименти, направиха инструменти за тях и не преминаха лабораторна практика в университетите.
Просто го нямаше. Развитието на физиката, технологиите и индустрията в средата на деветнадесети век доведе до осъзнаването на важността на обучението на физици. По това време в развитите страни на Европа и Америка са създадени физически лаборатории, чиито ръководители стават известни учени. Така в известната лаборатория Кавендиш първият директор беше основателят на електромагнитната теория Джеймс Клерк Максуел. Тези лаборатории предвиждат задължителна практическа работа по физика и се появяват първите лабораторни практически работи, сред които известната практическа работа на Колрауш в Берлинския университет, Глейзбрук и Шоу в лабораторията Кавендиш. Създават се работилници за физични инструменти
И лабораторно оборудване. Лабораторни работилници се въвеждат и във висшите технически институции. Обществото вижда значението на обучението по експериментална и теоретична физика както за физици, така и за инженери. Оттогава физическото практическо обучение се превърна в задължителна и неразделна част от програмите за обучение на студенти по природни науки и технически специалности във всички висши учебни заведения. За съжаление трябва да се отбележи, че в наше време, въпреки видимия просперитет в предоставянето на физични лаборатории в университетите, семинарите се оказват напълно недостатъчни за техническите университети, особено за провинциалните. Копирането на лабораторни работи на факултетите по физика на столичните университети от провинциални технически университети е просто невъзможнопоради недостатъчно финансиране и разпределени часове. Напоследък се наблюдава тенденция да се подценява значението на физиката в обучението на инженери. Броят на лекционните и лабораторните часове е намален. Недостатъчното финансиране прави невъзможно поставянето на редица комплекси
И скъпа работилница. Замяната им с виртуална работа няма същия учебен ефект като директната работа върху инсталациите в лабораторията.
Предложеният семинар обобщава дългогодишния опит в провеждането на лабораторна работа в Тамбовския държавен технически университет. Семинарът включва теория на грешките при измерване, лабораторни упражнения по механика, вибрации и вълни, хидродинамика и електростатика. Авторите се надяват, че предложеното издание ще запълни празнината в осигуряването на техническите висши училища с методическа литература.
1. ТЕОРИЯ НА ГРЕШКИТЕ
ИЗМЕРВАНЕ НА ФИЗИЧНИ ВЕЛИЧИНИ
Физиката се основава на измервания. Да се измери физическа величина означава да се сравни с хомогенна величина, взета като мерна единица. Например, сравняваме масата на тяло с масата на тежест, която е грубо копие на стандарта за маса, съхраняван в Камарата на мерките и теглилките в Париж.
Директни (непосредствени) измервания са тези, при които получаваме числената стойност на измерената величина с помощта на инструменти, калибрирани в единици на измерваната величина.
Подобно сравнение обаче не винаги се прави директно. В повечето случаи се измерва не количеството, което ни интересува, а други количества, свързани с него чрез определени връзки и модели. В този случай, за да се измери необходимото количество, е необходимо първо да се измерят няколко други величини, чиято стойност определя стойността на желаното количество чрез изчисление. Това измерване се нарича индиректно.
Косвените измервания се състоят от директни измервания на едно или повече количества, свързани с количеството, което се определя чрез количествена връзка, и изчисления на количеството, което се определя от тези данни. Например, обемът на цилиндър се изчислява по формулата:
V = π D 2 N, където D и H се измерват по директен метод (шублер с нониус). 4
Процесът на измерване съдържа, наред с намирането на желаната стойност, грешка в измерването.
Има много причини за възникване на грешки в измерването. Контактът между измервателния обект и инструмента води до деформация на обекта и съответно до неточност на измерването. Самото устройство не може да бъде напълно точно. Точността на измерванията се влияе от външни условия, като температура, налягане, влажност, вибрации, шум, състоянието на самия експериментатор и много други причини. Разбира се, технологичният прогрес ще подобри инструментите и ще ги направи по-точни. Въпреки това има ограничение за подобряване на точността. Известно е, че в микросвета действа принципът на неопределеността, което прави невъзможно едновременното точно измерване на координатите и скоростта на даден обект.
Съвременният инженер трябва да може да оцени грешката на резултатите от измерването. Ето защо се обръща голямо внимание на обработката на резултатите от измерванията. Запознаването с основните методи за изчисляване на грешките е една от важните задачи на лабораторния семинар.
Грешките се делят на систематични, грешки и случайни.
Систематиченгрешките могат да бъдат свързани с грешки на инструмента (неправилна скала, неравномерно опъната пружина, стрелката на инструмента е изместена, неравномерна стъпка на микрометърния винт, неравномерни рамена на скалата и т.н.). Те запазват своята стойност по време на експериментите и трябва да бъдат взети предвид от експериментатора.
Пропуските са груби грешки в резултат на грешка на експериментатора или неизправност на оборудването. Трябва да се избягват сериозни грешки. Ако се установи, че те са се случили, съответните измервания трябва да се изхвърлят.
Случайни грешки. Повтаряйки едни и същи измервания много пъти, ще забележите, че доста често техните резултати не са напълно равни един на друг. Грешките, които променят големината и знака от експеримент на експеримент, се наричат случайни. Случайните грешки се въвеждат неволно от експериментатора поради несъвършенства на сетивата, случайни външни фактори и др. Ако грешката на всяко отделно измерване е фундаментално непредвидима, тогава те произволно променят стойността на измереното количество. Случайните грешки са статистически по природа и се описват от теорията на вероятностите. Тези грешки могат да бъдат оценени само чрез статистическа обработка на множество измервания на желаното количество.
ГРЕШКИ НА ДИРЕКТНИТЕ ИЗМЕРВАНИЯ
Случайни грешки. Немският математик Гаус получава закона за нормалното разпределение, който управлява случайните грешки.
Методът на Гаус може да се приложи към много голям брой измервания. За краен брой измервания грешките на измерване се намират от разпределението на Стюдънт.
При измерванията се стремим да намерим истинската стойност на дадено количество, което е невъзможно. Но от теорията на грешките следва, че средноаритметичната стойност на измерванията клони към истинската стойност на измереното количество. Така че извършихме N измервания на стойността X и получихме поредица от стойности: X 1, X 2, X 3, ..., X i. Средната аритметична стойност на X ще бъде равна на:
∑X i
X = i = 0.
Нека намерим грешката на измерване и тогава истинският резултат от нашите измервания ще лежи в интервала: средната стойност на количеството плюс грешката - средната стойност минус грешката.
Има абсолютни и относителни грешки при измерване. Абсолютна грешканаричаме разликата между средната стойност на дадено количество и стойността, получена от опита.
Xi = | |
− X i | . |
||
Средната абсолютна грешка е равна на средноаритметичната стойност на абсолютните грешки:
∑X i
i = 1 |
||||||
Относителна грешкасе нарича съотношение на средна абсолютна |
||||||
грешка на скоростта спрямо средната стойност на измереното количество X. Тази грешка обикновено се приема като процент:
E = X 100%.
Средноквадратичната грешка или квадратичното отклонение от средноаритметичната стойност се изчислява по формулата:
X i 2 |
|||||
N(N−1) |
|||||
където N е броят на измерванията. При малък брой измервания абсолютната случайна грешка може да се изчисли чрез средната квадратична грешка S и определен коефициент τ α (N), наречен коефициент
Ученик:
X s = τ α , N S .
Коефициентът на Стюдънт зависи от броя на измерванията N и коефициента на надеждност α. В табл Фигура 1 показва зависимостта на коефициента на Стюдънт от броя на измерванията при фиксирана стойност на коефициента на надеждност. Коефициентът на надеждност α е вероятността, с която истинската стойност на измерената стойност попада в доверителния интервал.
Доверителен интервал [ X avg − X ; X cp + X ] е числова интер-
шахта, в която с определена вероятност попада истинската стойност на измереното количество.
По този начин коефициентът на Стюдънт е числото, по което трябва да се умножи средната квадратична грешка, за да се осигури определената надеждност на резултата за даден брой измервания.
Колкото по-голяма надеждност се изисква за даден брой измервания, толкова по-голям е коефициентът на Student. От друга страна, колкото по-голям е броят на измерванията, толкова по-нисък е коефициентът на Student за дадена надеждност. В лабораторната работа на нашата работилница ще приемем, че надеждността е дадена и равна на 0,95. Числените стойности на коефициентите на Student при тази надеждност за различен брой измервания са дадени в таблица. 1.
маса 1
Брой измервания N |
||||||||||||
Коефициент |
||||||||||||
t α (N) на ученика |
||||||||||||
Трябва да се отбележи, |
Методът t на Student се използва само за |
|||||||||||
изчисляване на директни измервания с еднаква точност. Равен ток – |
това са измервания |
|||||||||||
които са извършени по същия метод, при същите условия и със същата степен на грижа.
Системни грешки. Систематичните грешки естествено променят стойностите на измереното количество. Грешките, въведени в измерванията от уредите, се оценяват най-лесно, ако са свързани с конструктивните характеристики на самите уреди. Тези грешки са посочени в паспортите на устройствата. Грешките на някои устройства могат да бъдат оценени без справка с информационния лист. За много електрически измервателни уреди техният клас на точност е посочен директно върху скалата.
Класът на точност на устройство g е съотношението на абсолютната грешка на устройството X pr към максималната стойност на измереното количество X max,
което може да се определи с помощта на това устройство (това е системната относителна грешка на това устройство, изразена като процент от номиналната скала X max).
g = D X pr × 100 %.
Xмакс
Тогава абсолютната грешка X на такова устройство се определя от връзката:
D X pr = g X max.
За електрическите измервателни уреди са въведени 8 класа на точност:
0,05; 0,1; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4.
Колкото по-близо е измерената стойност до номиналната стойност, толкова по-точен ще бъде резултатът от измерването. Максималната точност (т.е. най-малката относителна грешка), която дадено устройство може да осигури, е равна на класа на точност. Това обстоятелство трябва да се вземе предвид при използване на многомащабни инструменти. Скалата трябва да бъде избрана по такъв начин, че измерената стойност, оставайки в рамките на скалата, да е възможно най-близо до номиналната стойност.
Ако класът на точност за устройството не е посочен, трябва да се спазват следните правила:
− Абсолютната грешка на инструментите с нониус е равна на точността на нониуса.
− Абсолютната грешка на инструментите с фиксирана стъпка на стрелката е равна на стойността на делението.
− Абсолютната грешка на цифровите устройства е равна на една минимална цифра.
− За всички останали инструменти абсолютната грешка се приема равна на половината от стойността на най-малкото деление на скалата на инструмента.
За опростяване на изчисленията е обичайно общата абсолютна грешка да се оценява като сума от абсолютните случайни и абсолютните систематични (инструментални) грешки, ако грешките са стойности от един и същи ред, и да се пренебрегне една от грешките, ако тя е повече от един порядък (10 пъти) по-малко от другия.
Тъй като резултатът от измерването се представя като интервал от стойности, чиято стойност се определя от общата абсолютна грешка, правилното закръгляване на резултата и грешката е важно.
Закръгляването започва с абсолютна грешка. Броят на значимите цифри, които остават в стойността на грешката, най-общо казано, зависи от коефициента на надеждност и броя на измерванията. Имайте предвид, че значителните цифри се считат за надеждно установени цифри при записването на резултата от измерването. И така, в нотацията 23.21 имаме четири значещи цифри, а в нотацията 0.063 има две, а в 0.345 има три, а в нотацията 0.006 има една. Когато правите измервания или изчисления, не съхранявайте повече цифри в крайния отговор от броя на значимите цифри в най-малко точно измереното количество. Например площта на правоъгълник с дължини на страните 11,3 и 6,8 cm е равна на 76,84 cm2. Като общо правило трябва да се приеме, че крайният резултат от умножаване или разделяне на дълг
6.8 съдържа най-малкия брой цифри, две. Следователно е лошо
Площта на правоъгълник от 76,84 cm2, който има четири значими цифри, трябва да се закръгли до две, до 77 cm2.
Във физиката е обичайно резултатите от изчисленията да се записват с експоненти. И така, вместо 64 000 те пишат 6,4 × 104, а вместо 0,0031 пишат 3,1 × 10–3. Предимството на тази нотация е, че ви позволява просто да посочите броя на значимите цифри. Например в записа 36 900 не е ясно дали числото съдържа три, четири или пет значещи цифри. Ако е известно, че точността на записа е три значещи цифри, тогава резултатът трябва да бъде записан като 3,69 × 104, а ако точността на записа е четири значими цифри, тогава резултатът трябва да бъде записан като 3,690 × 104.
Цифрата на значимата цифра на абсолютната грешка определя цифрата на първата съмнителна цифра в стойността на резултата. Следователно стойността на самия резултат трябва да бъде закръглена (с корекция) до тази значима цифра, чиято цифра съвпада с цифрата на значимата цифра на грешката. Формулираното правило трябва да се прилага и в случаите, когато някои от числата са нули.
Пример. Ако при измерване на телесното тегло резултатът е m = (0,700 ± 0,003) kg, тогава е необходимо да напишете нули в края на числото 0,700. Записването на m = 0,7 би означавало, че нищо не се знае за следващите значими цифри, докато измерванията показват, че те са нула.
Изчислява се относителната грешка E X.
E X = D X.
X cp
При закръгляване на относителната грешка е достатъчно да оставите две значещи цифри.
Резултатът от поредица от измервания на определена физическа величина се представя под формата на интервал от стойности, показващ вероятността истинската стойност да попадне в този интервал, т.е. резултатът трябва да бъде записан във формата:
Тук D X е общата абсолютна грешка, закръглена до първата значима цифра, а X av е средната стойност на измерената стойност, закръглена, като се вземе предвид вече закръглената грешка. Когато записвате резултат от измерване, трябва да посочите мерната единица на стойността.
Нека да разгледаме няколко примера:
Да предположим, че при измерване на дължината на отсечка получихме следния резултат: l av = 3,45381 cm и D l = 0,02431 cm Как правилно да запишем резултата от измерването на дължината на отсечка? Първо, закръгляме абсолютната грешка с излишък, оставяйки една значима цифра D l = 0,02431 » 0,02 cm. След това закръгляме, за да коригираме
ОРГАНИЗАЦИЯ НА ИЗУЧАВАНЕ НА КУРСА ПО ФИЗИКА
В съответствие с работната програма на дисциплината „Физика” студентите редовно обучение изучават курс по физика през първите три семестъра:
Част 1: Механика и молекулярна физика (1 семестър).
Част 2: Електричество и магнетизъм (2-ри семестър).
Част 3: Оптика и атомна физика (3 семестър).
При изучаването на всяка част от курса по физика са предвидени следните видове работа:
- Теоретично изучаване на курса (лекции).
- Упражнения за решаване на проблеми (практически упражнения).
- Изпълнение и защита на лабораторни упражнения.
- Самостоятелно решаване на проблеми (домашна работа).
- Тестови работи.
- Пас.
- Консултации.
- Изпит.
Теоретично изучаване на курса по физика.
Теоретичното изучаване на физиката се провежда в непрекъснати лекции, изнасяни в съответствие с програмата на курса по физика. Лекциите се изнасят според графика на катедрата. Присъствието на лекции е задължително за студентите.
За самостоятелно изучаване на дисциплината студентите могат да използват списъка с основна и допълнителна учебна литература, препоръчана за съответната част от курса по физика, или учебници, изготвени и издадени от персонала на катедрата. Учебниците за всички части на курса по физика са общодостъпни на сайта на катедрата.
Практически уроци
Успоредно с изучаването на теоретичен материал студентът е длъжен да усвои методи за решаване на задачи от всички раздели на физиката в практическите занятия (семинари). Присъствието на практически занятия е задължително. Семинарните занятия се провеждат в съответствие с графика на катедрата. Проследяването на текущия напредък на студентите се извършва от преподавател, провеждащ практически занятия по следните показатели:
- присъствие на практически занятия;
- представяне на учениците в класната стая;
- пълнота на домашните;
- резултатите от два теста в класната стая;
За самоподготовка студентите могат да използват учебници по решаване на задачи, изготвени и издадени от служители на катедрата. Учебниците за решаване на задачи за всички части от курса по физика са достъпни в публичното пространство на уебсайта на катедрата.
Лабораторни работи
Лабораторната работа има за цел да запознае студента с измервателната техника и методите за физични измервания, да илюстрира основните физични закони. Лабораторните упражнения се провеждат в учебните лаборатории на катедрата по физика съгласно описания, изготвени от преподавателите на катедрата (достъпни публично на уебсайта на катедрата) и съгласно графика на катедрата.
Във всеки семестър студентът трябва да изпълни и защити 4 лабораторни работи.
На първия урок учителят предоставя инструкции за безопасност и информира всеки ученик за индивидуален списък с лабораторни работи. Студентът изпълнява първата лабораторна работа, въвежда резултатите от измерванията в таблица и прави съответните изчисления. Студентът трябва да подготви окончателния лабораторен протокол вкъщи. Когато изготвяте доклада, трябва да използвате образователната и методическата разработка „Въведение в теорията на измерванията“ и „Указания за студенти за проектиране на лабораторна работа и изчисляване на грешки при измерване“ (достъпни в публичното пространство на уебсайта на катедрата).
До следващия урок ученик трябва дапредставете напълно завършена първа лабораторна работа и подгответе резюме на следващата работа от вашия списък. Резюмето трябва да отговаря на изискванията за дизайн на лабораторната работа, да включва теоретично въведение и таблица, в която ще бъдат въведени резултатите от предстоящите измервания. Ако тези изисквания не са изпълнени за следващата лабораторна работа, студентът не е позволено.
На всеки урок, като се започне от втория, студентът защитава предходната напълно изпълнена лабораторна работа. Защитата се състои в обяснение на получените експериментални резултати и отговор на контролните въпроси, дадени в описанието. Лабораторната работа се счита за напълно завършена, ако има подпис на учителя в тетрадката и съответна бележка в дневника.
След изпълнение и защита на всички лабораторни работи, предвидени в учебната програма, преподавателят, водещ класа, отбелязва „преминат“ в лабораторния дневник.
Ако по някаква причина студентът не е успял да изпълни учебната програма за семинара по лабораторна физика, това може да стане в допълнителни часове, които се провеждат според графика на катедрата.
За да се подготвят за занятия, студентите могат да използват методическите препоръки за извършване на лабораторна работа, които са публично достъпни на уебсайта на катедрата.
Тестови работиЗа текущо проследяване на успеваемостта на студентите се провеждат две аудиторни контролни работи по време на практически занятия (семинари) всеки семестър. В съответствие с точковата система на катедрата всяка тестова работа се оценява с 30 точки. Пълният сбор от точки, събрани от студента при попълване на тестове (максималния сбор за два теста е 60), се използва за формиране на рейтинга на студента и се взема предвид при издаване на крайната оценка по дисциплината „Физика“.
Тест
Студентът получава кредит по физика, при условие че са изпълнени и защитени 4 лабораторни работи (има маркировка за завършена лабораторна работа в лабораторния дневник) и сумата от точките от текущия контрол е по-голяма или равна на 30. Кредитът в книжката и ведомостта се вписва от преподавателя, провеждащ практическите занятия (семинарни упражнения).
Изпит
Изпитът се провежда с одобрени от катедрата билети. Всеки билет включва два теоретични въпроса и една задача. За улесняване на подготовката студентът може да използва списъка с въпроси за подготовка за изпита, въз основа на който се генерират билети. Списъкът с изпитните въпроси е публично достъпен на сайта на катедра „Физика“.
- 4 лабораторни работи са напълно завършени и защитени (в лабораторния дневник има маркировка, че лабораторната работа е премината);
- общият сбор от точки за текущо проследяване на напредъка за 2 теста е по-голям или равен на 30 (от 60 възможни);
- оценката „издържал“ се поставя в книжката с оценките и листа с оценки
При неизпълнение на точка 1 студентът има право да участва в допълнителни лабораторни практически занятия, които се провеждат съгласно графика на катедрата. При изпълнена клауза 1 и неизпълнена клауза 2 студентът има право да получи недостигащите точки на изпитни комисии, които се провеждат по време на сесията според графика на катедрата. Ученици, които са получили 30 или повече точки по време на текущата контролна проверка, нямат право да се явяват в изпитната комисия за повишаване на рейтинговата си оценка.
Максималният сбор от точки, който студентът може да събере при текущата контрола е 60. В този случай максималният сбор от точки за един контрол е 30 (за два контрола 60).
За студент, който е присъствал на всички практически занятия и активно е работил върху тях, преподавателят има право да добави не повече от 5 точки (общият сбор от точки за текущо проследяване на напредъка обаче не трябва да надвишава 60 точки).
Максималният брой точки, които студентът може да събере въз основа на резултатите от изпита, е 40 точки.
Общият брой точки, събрани от студента през семестъра, е основа за оценяване по дисциплината „Физика” по следните критерии:
- ако сумата от точките от текущия мониторинг на напредъка и междинното сертифициране (изпит) под 60 точки, оценката е „незадоволителна“;
- 60 до 74 точки, тогава оценката е „задоволителен“;
- ако сумата от точките от текущия мониторинг на напредъка и междинното сертифициране (изпит) попада в диапазона от 75 до 89 точки, тогава оценката е „добър“;
- ако сумата от точките от текущия мониторинг на напредъка и междинното сертифициране (изпит) попада в диапазона от 90 до 100 точки, след което се дава оценка „отличен“.
Оценките „отличен“, „добър“, „задоволителен“ се включват в изпитната ведомост и книжката за оценки. Оценката „незадоволителна” се поставя само върху протокола.
ЛАБОРАТОРЕН ПРАКТИКУМ
Връзки за изтегляне на лабораторни работи*
*За да изтеглите файла, щракнете с десния бутон върху връзката и изберете „Запазване на целта като...“
За да прочетете файла, трябва да изтеглите и инсталирате Adobe Reader
Част 1. Механика и молекулярна физика
Част 2. Електричество и магнетизъм
Част 3. Оптика и атомна физика
Лабораторна работа №1
Движението на тялото в кръг под въздействието на гравитацията и еластичността.
Цел на работата:проверете валидността на втория закон на Нютон за движението на тяло в окръжност под въздействието на няколко.
1) тежест, 2) конец, 3) статив със съединител и пръстен, 4) лист хартия, 5) измервателна лента, 6) часовник със секундарник.
Теоретична подготовка
Експерименталната постановка се състои от тежест, завързана на конец към халка на триножник (фиг. 1). На масата под махалото има лист хартия, върху който е начертана окръжност с радиус 10 cm в центъра ОТНОСНО кръг се намира вертикално под точката на окачване ДА СЕ махало. Когато товарът се движи по кръга, изобразен на листа, нишката описва конична повърхност. Ето защо такова махало се нарича коничен
Нека проектираме (1) върху координатните оси X и Y.
(X), (2)
(U), (3)
където е ъгълът, образуван от нишката с вертикалата.
Нека изразим от последното уравнение
и го заместете в уравнение (2). Тогава
Ако периодът на обръщение T махало в окръжност с радиус K е известно от експериментални данни, тогава
Периодът на обръщение може да се определи чрез измерване на времето T , по време на което махалото прави н обороти в минута:
Както може да се види от Фигура 1,
, (7)
Фиг. 1
Фиг.2
Където h =OK – разстояние от точката на окачване ДА СЕ към центъра на кръга ОТНОСНО .
Като се имат предвид формули (5) – (7), равенството (4) може да се представи като
. (8)
Формула (8) е пряко следствие от втория закон на Нютон. Така първият начин за проверка на валидността на втория закон на Нютон се свежда до експериментална проверка на идентичността на лявата и дясната страна на равенството (8).
Силата придава центростремително ускорение на махалото
Като се вземат предвид формулите (5) и (6), вторият закон на Нютон има формата
. (9)
Сила Е измерено с помощта на динамометър. Махалото се изтегля от равновесното си положение на разстояние, равно на радиуса на окръжността Р , и вземете показанията на динамометъра (фиг. 2) Маса на товара м се предполага, че са известни.
Следователно, друг начин за проверка на валидността на втория закон на Нютон се свежда до експериментална проверка на идентичността на лявата и дясната страна на равенството (9).
ред на работа
Сглобете експерименталната постановка (вижте фиг. 1), като изберете дължина на махалото от около 50 cm.
На лист хартия начертайте кръг с радиус Р = 10 c m.
Поставете листа хартия така, че центърът на кръга да е под вертикалната точка на окачване на махалото.
Измерете разстоянието ч между точката на окачване ДА СЕ и центъра на кръга ОТНОСНО ролетка.
h =
5. Приведете коничното махало в движение по начертаната окръжност с постоянна скорост. Измерете времето T , по време на което махалото прави н = 10 оборота.
T =
6. Изчислете центростремителното ускорение на товара
Изчисли
Заключение.
Лабораторна работа №2
Проверка на закона на Бойл-Мариот
Цел на работата:експериментално тества закона на Бойл-Мариот чрез сравняване на газовите параметри в две термодинамични състояния.
Оборудване, измервателни уреди: 1) уред за изучаване на газовите закони, 2) барометър (по един на клас), 3) лабораторен статив, 4) лента милиметрова хартия с размери 300*10 mm, 5) измервателна лента.
Теоретична подготовка
Законът на Бойл-Мариот определя връзката между налягането и обема на газ с дадена маса при постоянна температура на газа. За да се уверите, че този закон или равенството са справедливи
(1)
просто измервайте наляганетостр 1 , стр 2 газ и неговия обемV 1 , V 2 съответно в начално и крайно състояние. Увеличаването на точността на проверката на закона се постига чрез изваждане на продукта от двете страни на равенството (1). Тогава формула (1) ще изглежда така
(2)
или
(3)
Устройството за изучаване на газовите закони се състои от две стъклени тръби 1 и 2 с дължина 50 cm, свързани помежду си с гумен маркуч 3 с дължина 1 m, плоча със скоби 4 с размери 300 * 50 * 8 mm и щепсел 5 (фиг. 1, а). Лента милиметрова хартия е прикрепена към плоча 4 между стъклените тръби. Тръба 2 се отстранява от основата на устройството, спуска се надолу и се закрепва в крака на триножника 6. Гуменият маркуч се пълни с вода. Атмосферното налягане се измерва с барометър в mmHg. Изкуство.
Когато подвижната тръба е фиксирана в първоначалното положение (фиг. 1, b), цилиндричният обем на газа в неподвижната тръба 1 може да се намери по формулата
, (4)
Където S – площ на напречното сечение на 1-ва тръба
Първоначалното налягане на газа в него, изразено в mm Hg. Чл., се състои от атмосферно налягане и налягане на воден стълб с височина в тръба 2:
mmHg. (5).
където е разликата в нивата на водата в тръбите (в mm). Формула (5) отчита, че плътността на водата е 13,6 пъти по-малка от плътността на живака.
Когато тръба 2 се повдигне и фиксира в крайната си позиция (фиг. 1, c), обемът на газа в тръба 1 намалява:
(6)
където е дължината на въздушния стълб във фиксирана тръба 1.
Крайното налягане на газа се намира по формулата
мм. rt. Изкуство. (7)
Заместването на началните и крайните газови параметри във формула (3) ни позволява да представим закона на Бойл-Мариот във формата
(8)
По този начин проверката на валидността на закона на Бойл-Мариот се свежда до експериментална проверка на идентичността на лявата L 8 и дясната P 8 части на равенството (8).
Работен ред
7. Измерете разликата в нивата на водата в тръбите.
Повдигнете подвижната тръба 2 още по-високо и я фиксирайте (вижте фиг. 1, c).
Повторете измерванията на дължината на въздушния стълб в тръба 1 и разликата в нивата на водата в тръбите. Запишете вашите измервания.
10. Измерете атмосферното налягане с барометър.
11. Изчислете лявата страна на равенството (8).
Изчислете дясната страна на равенството (8).
13. Проверка на равенството (8)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Лабораторна работа №4
Изследване на смесено свързване на проводници
Цел на работата : експериментално изследване на характеристиките на смесено свързване на проводници.
Оборудване, измервателни уреди: 1) захранване, 2) ключ, 3) реостат, 4) амперметър, 5) волтметър, 6) свързващи проводници, 7) три навити резистора със съпротивление 1 Ohm, 2 Ohm и 4 Ohm.
Теоретична подготовка
Много електрически вериги използват смесено свързване на проводници, което е комбинация от последователни и паралелни връзки. Най-простото смесено свързване на съпротивления = 1 ом, = 2 ома, = 4 ома.
а) Резисторите R 2 и R 3 са свързани паралелно, така че съпротивлението между точки 2 и 3
б) Освен това, при паралелно свързване, общият ток, протичащ във възел 2, е равен на сумата от токовете, изтичащи от него.
в) Като се има предвид, че съпротивлениетоР 1 и еквивалентното съпротивление са свързани последователно.
, (3)
и общото съпротивление на веригата между точки 1 и 3.
.(4)
Електрическата верига за изследване на характеристиките на смесено свързване на проводници се състои от източник на захранване 1, към който са свързани реостат 3, амперметър 4 и смесена връзка от три жични резистора R 1, R 2 и R 3 чрез превключвател 2. Волтметър 5 измерва напрежението между различни двойки точки във веригата. Схемата на електрическата верига е показана на фигура 3. Последващите измервания на тока и напрежението в електрическата верига ще ви позволят да проверите връзките (1) – (4).
Текущи измерванияазпротичащ през резистораР1, а равенството на потенциалите върху него ви позволява да определите съпротивлението и да го сравните с дадена стойност.
. (5)
Съпротивлението може да се намери от закона на Ом чрез измерване на потенциалната разлика с волтметър:
.(6)
Този резултат може да се сравни със стойността, получена от формула (1). Валидността на формула (3) се проверява чрез допълнително измерване с волтметър за напрежение (между точки 1 и 3).
Това измерване също ще ви позволи да оцените съпротивлението (между точки 1 и 3).
.(7)
Експерименталните стойности на съпротивлението, получени от формули (5) - (7), трябва да отговарят на съотношение 9;) за дадено смесено свързване на проводници.
Работен ред
Сглобете електрическа верига
3. Запишете текущия резултат от измерването.
4. Свържете волтметър към точки 1 и 2 и измерете напрежението между тези точки.
5. Запишете резултата от измерването на напрежението
6. Изчислете съпротивлението.
7. Запишете резултата от измерването на съпротивлението = и го сравнете със съпротивлението на резистора = 1 Ohm
8. Свържете волтметър към точки 2 и 3 и измерете напрежението между тези точки
проверете валидността на формули (3) и (4).
Ом
Заключение:
Експериментално изследвахме характеристиките на смесените проводникови съединения.
Да проверим:
Допълнителна задача.Уверете се, че при паралелно свързване на проводници равенството е вярно:
Ом
Ом
2-ри курс.
Лабораторна работа №1
Изследване на явлението електромагнитна индукция
Цел на работата: докажете експериментално правилото на Ленц, което определя посоката на тока по време на електромагнитна индукция.
Оборудване, измервателни уреди: 1) дъгообразен магнит, 2) бобина, 3) милиамперметър, 4) лентов магнит.
Теоретична подготовка
Според закона за електромагнитната индукция (или закона на Фарадей-Максуел), едс на електромагнитната индукция д азв затворен контур е числено равна и противоположна по знак на скоростта на промяна на магнитния поток Епрез повърхността, ограничена от този контур.
E i = - Ф ’
За да се определи знакът на индуцираната емф (и съответно посоката на индуцирания ток) във веригата, тази посока се сравнява с избраната посока на заобикаляне на веригата.
Посоката на индуцирания ток (както и големината на индуцираната емф) се счита за положителна, ако съвпада с избраната посока на заобикаляне на веригата, и се счита за отрицателна, ако е противоположна на избраната посока на заобикаляне на веригата. Нека използваме закона на Фарадей–Максуел, за да определим посоката на индуцирания ток в кръгла телена намотка с площ С 0 . Да приемем, че в началния момент от време T 1 =0 индукцията на магнитното поле в областта на бобината е нула. В следващия момент във времето T 2 = намотката се движи в областта на магнитното поле, чиято индукция е насочена перпендикулярно на равнината на намотката към нас (фиг. 1 b)
За посоката на преминаване по контура избираме посоката на часовниковата стрелка. Съгласно правилото на гимлет, векторът на контурната площ ще бъде насочен от нас перпендикулярно на контурната област.
Магнитният поток, проникващ във веригата в първоначалното положение на намотката, е нула (=0):
Магнитен поток в крайната позиция на бобината
Промяна на магнитния поток за единица време
Това означава, че индуцираната ЕДС, съгласно формула (1), ще бъде положителна:
E i =
Това означава, че индуцираният ток във веригата ще бъде насочен по посока на часовниковата стрелка. Съответно, съгласно правилото на гимлет за контурни токове, вътрешната индукция по оста на такава намотка ще бъде насочена срещу индукцията на външното магнитно поле.
Според правилото на Ленц, индуцираният ток във веригата има такава посока, че магнитният поток, който създава през повърхността, ограничена от веригата, предотвратява промяната в магнитния поток, която е причинила този ток.
Индуциран ток се наблюдава и при усилване на външното магнитно поле в равнината на бобината, без да се движи. Например, когато магнитна лента се движи в намотка, външното магнитно поле и магнитният поток, проникващ в него, се увеличават.
Посока на преминаване на пътя
F 1
Е 2
ξi
(знак)
(напр.)
Аз А
B 1 S 0
B 2 S 0
-(B 2 –B 1)S 0<0
15 mA
Работен ред
1. Свържете бобина 2 (виж фиг. 3) към клемите на милиамперметъра.
2. Поставете северния полюс на дъговидния магнит в намотката по оста му. В следващите експерименти преместете магнитните полюси от една и съща страна на намотката, чиято позиция не се променя.
Проверете съответствието на експерименталните резултати с таблица 1.
3. Отстранете северния полюс на дъговия магнит от намотката. Представете резултатите от експеримента в таблицата.
Посока на преминаване на пътяизмервайте коефициента на пречупване на стъклото с помощта на плоскопаралелна плоча.
Оборудване, измервателни уреди: 1) плоскопаралелна плоча със скосени ръбове, 2) измервателна линийка, 3) ученически квадрат.
Теоретична подготовка
Методът за измерване на индекса на пречупване с помощта на плоскопаралелна плоча се основава на факта, че лъч, преминаващ през плоскопаралелна плоча, излиза от нея успоредно на посоката на падане.
Според закона за пречупването индексът на пречупване на средата
За да изчислите и върху лист хартия, начертайте две успоредни прави линии AB и CD на разстояние 5-10 mm една от друга и поставете върху тях стъклена плоча, така че успоредните й ръбове да са перпендикулярни на тези линии. При това разположение на плочата успоредните прави линии не се изместват (фиг. 1, а).
Поставете окото на нивото на масата и следвайки прави линии AB и CD през стъклото, завъртете плочата около вертикалната ос обратно на часовниковата стрелка (фиг. 1, b). Завъртането се извършва, докато лъчът QC изглежда като продължение на BM и MQ.
За да обработите резултатите от измерването, очертайте контурите на плочата с молив и я извадете от хартията. През точка M начертайте перпендикуляр O 1 O 2 към успоредните страни на плочата и права линия MF.
След това равни сегменти ME 1 = ML 1 се полагат върху прави линии BM и MF и перпендикуляри L 1 L 2 и E 1 E 2 се спускат с помощта на квадрат от точки E 1 и L 1 до права O 1 O 2 . От правоъгълни триъгълници Л а) първо ориентирайте успоредните стени на плочата перпендикулярно на AB и CD. Уверете се, че успоредните линии не се движат. б) поставете окото си на нивото на масата и следвайки линиите AB и CD през стъклото, завъртете плочата около вертикалната ос обратно на часовниковата стрелка, докато лъчът QC изглежда като продължение на BM и MQ. 2. Очертайте очертанията на чинията с молив, след което я извадете от хартията. 3. През точка M (виж Фиг. 1,b), като използвате квадрат, начертайте перпендикуляр O 1 O 2 към успоредните страни на плочата и права линия MF (продължение на MQ). 4. С център в точка M, начертайте окръжност с произволен радиус, маркирайте точки L 1 и E 1 на прави линии BM и MF (ME 1 = ML 1) 5. Използвайки квадрат, спуснете перпендикуляри от точки L 1 и E 1 до права O 1 O 2. 6. Измерете дължината на сегментите L 1 L 2 и E 1 E 2 с владетел. 7. Изчислете коефициента на пречупване на стъклото по формула 2. Материали по раздел "Механика и молекулярна физика" (1 семестър) за студенти от 1-ва година (1 семестър) AVTI, IRE, IET, IEE, InEI (IB) Материали по раздела "Електричество и магнетизъм" (2-ри семестър) за студенти от 1-ва година (2-ри семестър) AVTI, IRE, IET, IEE, InEI (IB) Материали по раздел "Оптика и атомна физика" (3-ти семестър) за студенти от 2-ра година (3-ти семестър) AVTI, IRE, IET, IEE и 3-та година (5-ти семестър) InEI (IB) Материали 4-ти семестър Списък на лабораторните работи за курса по обща физика
Механика и молекулярна физика
1. Грешки във физическите измервания. Измерване на обема на цилиндър.
2. Определяне на плътността на веществото и инерционните моменти на цилиндъра и пръстена.
3. Изследване на законите за запазване на сблъсъци на топки.
4. Изучаване на закона за запазване на импулса.
5. Определяне на скоростта на куршума по метода на физическото махало.
6. Определяне на средната сила на съпротивление на почвата и изследване на нееластичния сблъсък на товар и пилот с помощта на пилотен модел.
7. Изследване на динамиката на въртеливото движение на твърдо тяло и определяне на инерционния момент на махалото на Обербек.
8. Изследване на динамиката на равнинното движение на махалото на Максуел.
9. Определяне на инерционния момент на маховика.
10. Определяне на инерционния момент на тръбата и изучаване на теоремата на Щайнер.
11. Изследване на динамиката на постъпателното и ротационното движение с помощта на устройството Atwood.
12. Определяне на инерционния момент на плоско физическо махало.
13. Определяне на специфичната топлина на кристализация и изменението на ентропията при охлаждане на калаена сплав.
14. Определяне на моларната маса на въздуха.
15. Определяне на отношението на топлоемкости Cp/Cv на газовете.
16. Определяне на средния свободен път и ефективния диаметър на въздушните молекули.
17. Определяне на коефициента на вътрешно триене на течност по метода на Стокс.
Електричество и магнетизъм
1. Изследване на електрическото поле с помощта на електролитна баня.
2. Определяне на електрическия капацитет на кондензатор с помощта на балистичен галванометър.
3. Скали за напрежение.
4. Определяне на капацитета на коаксиален кабел и паралелен кондензатор.
5. Изследване на диелектричните свойства на течностите.
6 Определяне на диелектричната проницаемост на течен диелектрик.
7. Изследване на електродвижещата сила с помощта на компенсационния метод.
8 Определяне на индукция на магнитно поле чрез измервателен генератор.
9. Измерване на индуктивността на бобината система.
10. Изследване на преходни процеси във верига с индуктивност.
11. Измерване на взаимна индуктивност.
12. Изследване на кривата на намагнитване на желязото по метода на Столетов.
13. Запознаване с осцилоскопа и изследване на хистерезисната верига.
14. Определяне на специфичния заряд на електрона по магнетронния метод.
Вълнова и квантова оптика
1. Измерване на дължината на вълната на светлината с помощта на френелова бипризма.
2. Определяне на дължината на вълната на светлината по метода на пръстена на Нютон.
3. Определяне на дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка.
4. Изследване на дифракция в успоредни лъчи.
5. Изследване на линейна дисперсия на спектрално устройство.
6. Изследване на дифракцията на Фраунхофер при един и два процепа.
7. Експериментална проверка на закона на Малу.
8. Изследване на линейни емисионни спектри.
9 Изследване на свойствата на лазерното лъчение.
10 Определяне на потенциала на възбуждане на атомите по метода на Франк и Херц.
11. Определяне на забранената зона на силиция въз основа на червената граница на вътрешния фотоелектричен ефект.
12 Определяне на червената граница на фотоелектричния ефект и работата на изхода на електрон от метал.
13. Измерване на температурата на нажежаемата жичка на лампата с помощта на оптичен пирометър.
