Лабораторный практикум по физике

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лабораторный практикум включает указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по курсу общей физики по разде-лам «Электричество» и «Магнетизм». В лабораторных работах изу-чаются следующие законы и явления: законы движения заряженных частиц в электрическом поле, закон Кулона, законы Ома и Кирхгофа, закон Био – Савара – Лапласа, принцип суперпозиции магнитных по-лей, электромагнитные колебания.

Для каждой лабораторной работы приведены : краткая теория, описание модели физического процесса и методика проведения опы-та, порядок выполнения лабораторной работы, рекомендации по об-работке полученных результатов измерений и перечень контрольных вопросов.

Лабораторный практикум предназначен для подготовки студен-тов технологического, механико-радиотехнического факультетов и факультета сервиса различных форм обучения для выполнения вирту-альных лабораторных работ по курсу общей физики.

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

После загрузки лабораторного практикума с диска необходимо дважды щёлкнуть левой кнопкой мыши, когда её маркер расположен над эмблемой сборника компьютерных моделей. После этого появит-ся начальная картинка, имеющая вид, представленный на рисунке 1.

Рис. 1. Начальная картинка

4

После этого необходимо дважды щёлкнуть левой кнопкой мы-ши, установив её маркер над названием раздела, в котором располо-жена данная модель. Для раздела «Электричество и магнетизм» вы увидите следующую картинку, представленную на рисунке 2.

Рис. 2. Выбор лабораторной работы в разделе «Электричество и магнетизм»

Чтобы увидеть дальнейшие пункты содержания данного разде-ла, надо щёлкать левой кнопкой мыши, установив её маркер на кноп-ку со стрелкой вниз, расположенную в правом нижнем углу внутрен-него окна.

Кнопки вверху картинки являются служебными. Предназначе-ние каждой проявляется, когда маркер мыши располагается над нею в течение 1-2 с (без нажатия кнопок мыши). Очень важной является кнопка с двумя вертикальными чертами « », которая служит для ос-тановки эксперимента, а рядом расположенные кнопки «u » – для шага и «uu» – продолжения работы.

Прочитав надписи во внутреннем окне, установите маркер мы-ши над надписью требуемой компьютерной модели и дважды коротко нажмите левую кнопку мыши. В появившемся внутреннем окне свер-ху также расположены служебные кнопки. Кнопка с изображением страницы служит для вызова теоретических сведений. Перемещать

5

окна можно, зацепив (нажав и удерживая) мышью заголовок окна, который имеет синий фон. Для закрытия окна надо нажать мышью кнопку с крестом в верхнем правом углу данного окна.

Допуск к лабораторной работе

Допуск к лабораторной работе для каждого студента будет со-стоять из следующих процедур:

каждый студент предварительно оформляет свой персональ-ный конспект данной лабораторной работы, в который вхо-дят: полное название и цель работы, элементы краткой тео-рии, порядок выполнения работы и заготовки таблиц для за-писи результатов измерений;

в устной форме студент сообщает преподавателю порядок выполнения лабораторной работы в заданной последователь-ности;

преподаватель допускает студента к работе и ставит свою подпись в конспекте студента;

по окончании выполнения лабораторной работы преподава-тель проверяет правильность результатов измерений и ставит свою подпись.

Оформление конспекта лабораторных работ

Полностью оформленная и подготовленная к зачёту работа должна соответствовать следующим требованиям:

выполнение всех пунктов раздела «Обработка и анализ ре-зультатов измерений» (заполнены чернилами все таблицы, все графики построены карандашом);

для всех величин в таблицах должна быть записана соответ-ствующая единица измерений;

графики должны удовлетворять всем требованиям, приведён-ным ниже;

дополнительно должны быть представлены развёрнутые и подробные расчёты всех величин;

выписаны ответы; записаны выводы.

Требования к оформлению графиков

графики выполняются только на миллиметровой бумаге; на каждой оси равномерный масштаб;

на графике: оси декартовой системы координат, на концах оси – стрелки, индексы величин, единицы измерения, 10N ;

6

под графиком полное название зависимости, можно в виде символов;

экспериментальные и теоретические точки показаны ярко; форма графика соответствует теоретической зависимости (не

ломаная).

Лабораторная работа № 1 ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Движение заряда в электрическом поле». Нажмите вверху внутрен-него окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие тео-ретические сведения.

Цель работы:

знакомство с моделью процесса движения заряда в однород-ном электрическом поле;

экспериментальное исследование закономерностей движения точечного заряда в однородном электрическом поле;

экспериментальное определение величины удельного заряда частицы.

Краткие сведения из теории

Движение заряженных частиц в электрическом поле широко ис-пользуется в современных электронных приборах, в частности в элек-тронно-лучевых трубках с электростатической системой отклонения электронного пучка.

Электрический заряд есть величина, характеризующая способ-ность объекта создавать электрическое поле и взаимодействовать с электрическим полем.

Точечный заряд – это абстрактный объект (модель), имеющий вид материальной точки, несущей электрический заряд.

Электрическое поле – это то, что существует в области про-странства, в которой на заряженный объект действует сила, называе-мая электрической.

7

Основными свойствами заряда являются:

дискретность (наличие элементарного заряда, обозначаемого е, и кратность любого заряда этому элементарному: q Ne , где

N  – любое целое положительное и отрицательное число); аддитивность (суммируемость);

инвариантность (одинаковость во всех инерциальных систе-мах отсчёта);

подчинение закону сохранения заряда (суммарный заряд электрически изолированной системы, через границы которой не могут проникать заряженные частицы, сохраняется);

наличие положительных и отрицательных зарядов (заряд – величина алгебраическая);

закон Кулона определяет силу взаимодействия двух точечных зарядов:

где e12 – единичный вектор, направленный от первого заряда q1 ко второму q2 .

Напряжённостью называется векторная характеристика поля, численно равная отношению силы FЭЛ , действующей на точечный за-ряд, к величине q этого заряда:

E FЭЛ .

q

Если задана напряжённость электрического поля, тогда сила, действующая на заряд, будет определяться формулой:

FЭЛ qE .

Однородным называется поле, напряжённость которого во всех точках одинакова как по величине, так и по направлению. Сила, дей-ствующая на заряженную частицу в однородном поле, везде одинако-ва, поэтому неизменным будет и ускорение частицы, определяемое вторым законом Ньютона (при малых скоростях движения V c , где c – скорость света в вакууме):

a FЭЛ q E const. m m

8

где Y – смещение частицы по вертикали;

VY – вертикальная компонента скорости в момент времени, когда частица вылетает из конденсатора.

Методика и порядок измерений

1. Внимательно рассмотрите картинку – окно на рисунке 1.1 – и найдите все регуляторы и другие основные элементы.