Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей icon

Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей




НазваМетодичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Сторінка1/6
Дата18.10.2012
Розмір0.82 Mb.
ТипМетодичні вказівки
  1   2   3   4   5   6


Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Запорізький національний технічний університет

Кафедра фізики


Методичні вказівки

до лабораторних робіт з фізикИ


Механіка. Молекулярна фізика

Частина 2

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей

денної форми навчання


2011


Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Механіка. Молекулярна фізика. Частина 2. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укладачі: Лоскутов С.В., Єршов А.В., Серпецький Б.О., Правда М.І., Лущін С.П., Курбацький В.П., Работкіна О.В., Денисова О.І. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2011 . - 55 с.


У к л а д а ч і: Лоскутов С.В., професор, д-р. фіз-матем. наук.; Єршов А.В. канд. техн. наук, доцент; Серпецький Б.О., канд. фіз.-матем. наук, доцент; Правда М.І., канд. фіз.-матем. наук, доцент; Лущін С.П., канд. фіз.-матем. наук, доцент; Курбацький В.П., канд. фіз.-матем. наук, доцент; Работкіна О.В., старший викладач; Денисова О.І., старший викладач.


Р е ц е н з е н т и: Корніч В.Г. канд. фіз.-матем. наук, доцент; Манько В.К., канд. фіз.-матем. наук, доцент; Золотаревський І.В., канд. фіз.-матем. наук, доцент; Сокол Т.О., старший викладач кафедри іноземної мови.


Затверджено на засіданні кафедри фізики ЗНТУ,

протокол № 10 від 04.07. 2011 р .


Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Механіка. Молекулярна фізика. Частина 2. схвалені на засіданні Методичної Ради Електротехнічного факультету ЗНТУ, протокол № 5 від ” 27 ” січня 2011 р.


Відповідальний за випуск: Єршов А.В., докт. техн. наук, професор.

ЗМІСТ


Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………………......... 95

14 Лабораторна робота № 5. Вивчення основного закону динаміки

обертального руху…………………… ………………..…………96

14.1 Опис устаткування та методу вимірювання ……………............. 98 14.2 Порядок виконання роботи № 5.1 ..………………….................... 96 14.3 Порядок виконання роботи № 5.2 ..….......................................... 100 14.4 Порядок виконання роботи № 5.3 ................................................ 102

14.5 Порядок виконання роботи № 5.4 ................................................ 104

14.6 Порядок виконання роботи № 5.5 ................................................ 107

14.7 Опис устаткування та методу вимірювання роботи № 5.6 ……107

14.8 Порядок виконання роботи № 5.6 ................................................ 110

Контрольні запитання ……..……………………………………. 111 Рекомендована література ................………………………………… 112 15 Laboratory work № 5. Study of the fundamental equation of the

rotational motion dynamics ……………………………………........ 113

15.1 Description of installation and measuring method ………….......... 113

15.2 Task 5.1 ………………………….................................. 114 15.3 Task 5.2 ……………………………………………………….. 116

15.4 Task 5.3 …………………………………………………… 117 15.5 Task 5.4 …………………………...................................118 15.6 Task 5.5 …………………………………………………………120

15.7 Task 5.6 .……………………………………………………121 Control questions ………………………………..................................... 123

16 Лабораторна робота № 6. Перевірка теореми Штейнера ………. 124

16.1 Опис пристрою та методу вимірювання .....……………….........122

16.2 Порядок виконання роботи ........……………………………….. 125


Контрольні запитання …….....……………………………………….. 126

Рекомендована література…….…………………………………........ 126

17 Laboratory work № 6. Verification of the Huygens-Steiner (parallel

axis) theorem …..…………………………………………………. 129

17.1 Theory ……………………………………………………………. 129

17.2 Description of device and method of measuring ...............………. 130

17.3 Procedure and analysis …………................................…………… 132

Control questions ….……………….……...............................………… 133

18 Лабораторна робота № 7. Визначення величини співвідношення

теплоємностей Cp/Cv для газів …………………………………... 134 18.1 Опис пристрою та методу вимірювання .....................…....... 134 18.2 Порядок виконання роботи ……………................…………….. 137 Контрольні запитання ………………………................……………139 19 Laboratory work № 7. Determination of the ratio of the specific heat

Cp/Cv for gases ……………………………….................................. 141

19.1 The description of the device and method of measurements ............ ……. 141 19.2 Experimental part ……………..……………………................................... 142

Control questions …………………………………................................. 143


ВСТУП


Збірник містить лабораторні роботи для студентів усіх спеціальностей.

Основна спрямованість методичних вказівок з предмету фізика - дати можливість студентам за допомогою досліду вивчити важливі фізичні явища. Опис лабораторних робіт не претендує на те, щоб створити у студентів повне уявлення про явища, які вивчаються. Таке уявлення може виникнути лише внаслідок опрацювання лекцій та підручників.

Велика увага в методичних вказівках з фізики для студентів технічних спеціальностей приділяється обробленню результатів вимірювання. Для успішного виконання робіт необхідна попередня самостійна підготовка, в першу чергу теоретична.

Кожна лабораторна ро­бота розрахована на дві академічні години занять у лабораторії. Перед заняттям студент повинен підготувати протокол ла­бораторної роботи, вивчивши відповідний теоретичний матері­ал.

Під час заняття студенти проводять необхідні виміри, виконують розрахунки, доводять звіт до висновку. Результати вимірювання обговорюються з викладачем і затверджуються.

Повністю оформлений звіт по лабораторній роботі потрібно подати виклада­чу до кінця заняття. Він повинен містити: титульний лист, номер лаборато­рної роботи та її назву, перелік приладів і приладдя, мету робо­ти, схему установки, розрахункові формули, таблицю результа­тів вимірів і розрахунки, висновки за результатами роботи. Графіки повинні бути виконані на мі­ліметровому папері.

Якщо студент не встигає захистити лабораторну роботу до кінця заняття, дозволяється оформити звіт (графіки) з використанням комп’ютерних програм (Excel, Origin) до наступного заняття.

Лабораторна робота вважається виконаною після успішно проведеного захисту шляхом співбесіди студента з викладачем (захист звіту + оцінка за теоретичний матеріал).

Захист звіту: мета роботи + експериментальна методика + висновки.

Теоретичний матеріал: знання фізичних явищ, які вивчалися у даній лабораторній роботі (закони, формули).


^ 14 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5. ВИВЧЕННЯ ОСНОВНОГО ЗАКОНУ ДИНАМІКИ

ОБЕРТАЛЬ­НОГО РУХУ

14.1 Опис устаткування та методу вимірювання


Основний закон динаміки обертального руху має вигляд.

(14.1)

де М – момент, діючих на тіло сил; І – момент інерції тіла відносно осі, навколо якої відбувається обертання; – кутове прискорення обертання тіла.

У цій роботі використовується хрестоподібний маятник – маятник Обербека, який дозволяє визначити параметри обертального руху. Схема устаткування представлена на рисунку 14.1.



1 - стержні; 2 – втулка; 3 - шківи; 4 - тя­гарі; 5 – обруч; 6 - ва­нтаж m0; 7 - дер­жак.

Рисунок 14.1 - Маятник Обе­рбека


Хрестоподібний мая­тник складається з 4 стержнів (1), закріплених на втулці (2). Втулка яка переходить у шківи (3) з різними радіусами r, що знаходяться на осі маятника. Вісь закріплена так, що вся система обертається навколо горизонтальної осі. На стержнях установлені тя­гарі m, які можна переміщувати на різні відстані від осі обертання. Стержні скріпленні обручем (5). На один із шківів намотується шнур з вантажем m0 (6). При падінні m0 шнур розмотується з шківа. В устат­куванні застосована система механічного гальма яка дозволяє держаком (7) керувати початком руху m0, та його зупинкою. Шлях h, пройдений m0, вимірюють лінійкою.

Вимірюючи час t, протягом якого вантаж опускається на відстань h, можна знайти прискорення a:

. (14.2)

Прискорення a пов`язане с кутовим прискоренням співвідношен­ням:

, (14.3)

де r – радіус шківа, з якого розмотується шнур. Таким чином:

(14.4)

При рухові вантажу m0 на нього діють дві сили: сила ваги m0g та натяг шнура N, під дією яких вантаж падає з прискоренням а. Згідно дру­гого закону Ньютона:

, (14.5)

звідки

, (14.6)

де g – прискорення вільного падіння. Під дією натягу шнура маятник виконує прискорене обертання. Момент сили, діючий на маятник

(14.7)

для устаткування, використаного у даній роботі

,

(0,003 м/с2  9,8 м/с2 ) тому значенням можна знехтувати. Тоді

. (14.8)

Використовуючи (14.1), (14.4), (14.8) одержуємо:

. (14.9)

З основного закону динаміки обертального руху (14.1) витікає, що кутове прискорення прямо пропорційне моменту сили при умові I=const

. (14.10)

Щоб змінити момент сили потрібно до шнура підвішувати вантажі ­з різними масами, або переносити шнур з одного шківа на інший. Якщо момент сили постійний (M=const), то кутове прискорення обернено пропорційне моменту інерції:

. (14.11)


14.2 Порядок виконання роботи № 5.1


^ МЕТА РОБОТИ: визначити кутове прискорення та момент сил мая­т­ника при різних значеннях падаючого вантажу і постійному моменті інерції.

ПРИЛАДИ: хрестоподібний маятник, секундомір, штангенциркуль, лінійка.

^ ЗАВДАННЯ ДО РОБОТИ:

- Розрахувати моменти сил М та кутове прискорення при різнома­ні­т­них значеннях падаючого вантажу.

- Побудувати графік залежності .

- Визначити момент сили тертя Мтр. та момент інерції маятника І з одержаного графіка.

- Обчислити відносну похибку та півширину довірчого інтервалу.


1. Виміряти один раз діаметр великого шківа маятника, та визначити його радіус r.

2. Одночасно увімкнути секундомір i повернути догори держак гальма.

3. Коли розмотається шнур зі шківа, вимкнути секундомір. Записати показання секундоміра у таблицю 14.1.

4. Виміряти висоту h падіння вантажу.

5. Повторити 4 рази виміри часу t згідно пунктам 2 ÷ 3.

6. Зменшити масу падаючого вантажу m0 на одну складову частину і зробити один раз вимір часу падіння.

7. Повторити вимірювання згідно п. 2,3,6 послідовно зменшуючи масу падаючого вантажу до однієї складової частини.

8. Після закінчення вимірювань привести устаткування у початковий стан.

Таблиця 14.1



t,

c

m0,

кг

r, м

h, м

,

с-2

M,

Н м


Примітка

1



















Вимірювання з по­вним вантажем.

2




3




4




5




6













Масу зменшуємо на 1 час­тину,

7













на 2 час­тини,

8













на 3 час­тини,

9













на 4 час­тини.


9. Розрахувати кутове прискорення згідно (14.4), використавши сере­днє значення часу для перших 5-ти вимірювань, а потім для на­ступних вимірів t .

10. Обчислити момент сил згідно (14.8).

11. Згідно (14.4) обчислити відносну похибку . При цьому півширину довірчого інтервалу і визначити по формулі для одинич­ного виміру, а по серії перших 5-ти вимірів.

Для штангенциркуля = 0,05 мм, v = 0,05 мм; для лiнiйки – = 1 см, v = 0,5 см; для секундоміра – = 0,1 с. Обчисливши, знайти півширину довірчого інтервалу . Результати обчислень похибок занести у таблицю 14.2.

12. Побудувати графік залежності , відкладаючи по вісі абсцис М, а по вісі ординат – . Користуючись одержаним графіком, визначити момент сили тертя і iнерцiї маятника. Графік залежності повинен перетинати вісь абсцис, положення точки пере­тину визначає величину моменту сил те­ртя, а котангенс кута нахилу графіка до вісі абсцис – момент iнерцiї маятника.

Таблиця 14.2



ti,

с

Δti,

с

(Δti)2,

с2

Півширина довірчого

ін­тервалу



Δt,

с

Δh,

м

Δr,

м

Δε,

с-2

1

























2










3










4










5



















14.3 Порядок виконання роботи № 5.2


^ МЕТА РОБОТИ: визначити кутові прискорення та моменти сил маятника при різних значеннях радіусів шківів та постійному моменті інерції.

ПРИЛАДИ: хрестоподібний маятник, секундомір, штангенциркуль, лінійка.

^ ЗАВДАННЯ ДО РОБОТИ:

- Розрахувати кутові прискорення та моменти сил М при різ­них значеннях радіусів шківів маятника.

- Побудувати графік залежності .

- Визначити момент сили тертя Мтр. та момент інерції маят­ника І з одержаного графіка .

- Обчислити відносну похибку та півширину довірчого ін­тервалу .

- Знайти півширину довірчого інтервалу .


1. Виміряти один раз діаметр великого шківа маятника, потім насту­п­них шкiвiв. Знайти радіуси r1, r2, r3, r4, r5.

2.Одночасно увімкнути секундомір i повернути догори держак га­льма.

3. Верхній зріз вантажу m0 повинен бути нижче рівня обручу маят­ника

4.Вимкнути секундомір в той момент, коли розмотається шнур зі шківу. Записати показання секундоміра.

5. Виміряти висоту h падіння вантажу.

6. Повторити 4 рази вимірювання часу t падіння вантажу згідно 2÷4. 7. Виміряти час падіння вантажу один раз на наступних шківах мая­т­ника згідно п. 2 ÷ 4. Дані вимірювань занести в таблицю 14.3.


Таблиця 14.3



t,

c

r,

м

m0,

кг

h,

м

,

с-2

M,

Н м

Примітка

1



















Вимірювання, коли шнур знахо­диться на вели­кому шківі.

2




3




4




5




6













Вимірювання на наступних шкі­вах.

7













8













9
















8. Розрахувати кутове прискорення за (14.4), використовуючи серед­нє для перших 5 вимірювань, а потім для наступних вимірювань t.

9. Обчислити момент сил за (14.8).

10. Виходячи з (14.8), обчислити відносну похибку для яко­гось одного вимірювання. При цьому півширину довірчого інтервалу ви­зна­чити за формулою для одиничного вимірювання, а для m0 та g – як для табличних величин. Обчис­лити півширину довірчого інтервалу для t за серією перших п’яти вимірювань.

Для штангенциркуля – = 0,05 мм, v = 0,05 мм; лiнiйки – = 1 см, v = 0,5 см; секундоміра – = 0,01 с.

Обчисливши , знайти півширину довірчого інтервалу . Результати обчислень похибок занести до таблиці 14.4.


Таблиця 14.4



t,

c

Δti,

с

(Δti)2,

с2

Півширина довірчого інтер­валу



Δt,

с

Δr,

м

Δm,

кг

Δg,

м/с2

ΔM,

Н м

1




























2










3










4










5













=




11. Побудувати графік залежності , відкладаючи на вісь абсцис М, а на вісь ординат – .

12. Користуючись графіком, визначити момент сили тертя та мо­мент iнерцiї маятника. Графік залежності повинен пе­ретинати вісь абсцис. Положення точки перетину визначає вели­чину моменту сил тертя, а котангенс кута нахилу графіка к вісі абсцис – момент iнерцiї маятника.


14.4 Порядок виконання роботи № 5.3


^ МЕТА РОБОТИ: визначити момент iнерцiї 4-х вантажів, які знахо­дяться на стержнях маятника, динамічним та теоретичним методами.

ПРИЛАДИ: хрестоподібний маятник, секундомір, штангенциркуль, лінійка.
  1   2   3   4   5   6

Схожі:

Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 1 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Механіка. Молекулярна фізика. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укладачі: Лоскутов...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до контрольної роботи №1 з фізики. Механіка. Молекулярна фізика. Термодинаміка. Електродинаміка. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до контрольної роботи №1 з фізики. Механіка. Молекулярна фізика. Термодинаміка. Електродинаміка. Для студентів...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з фізики оптика Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Оптика. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „фізика твердого тіла частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики. Розділ „Фізика твердого тіла”. Частина Для студентів інженерно-технічних...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „фізика твердого тіла частина 1 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики. Розділ „Фізика твердого тіла”. Частина Для студентів інженерно-технічних...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни фізика твердого тіла Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни фізика твердого тіла. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики Розділ „коливання та хвилі частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „Коливання та хвилі”. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики Розділ „коливання та хвилі частина 1 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „Коливання та хвилі”. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей
Методичні вказівки до практичних занять з Фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів – заочників інженерно – технічних спеціальностей...
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до самостійної роботи студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання з фізики
Методичні вказівки до самостійної роботи студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання з фізики. Молекулярна...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи