Комплект лабораторного оборудования для физического практикума

Полезная модель относится к обучающей системе по физике для общеобразовательных школ, лицеев и колледжей, а именно комплекту оборудования для проведения лабораторных работ, основанных на системном подходе и охватывающему всю традиционную компоновку курса физики по разделам: механика, колебания и волны, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, волновая оптика и основы квантовой атомной и ядерной физики, основы физики твердого тела. Задача полезной модели связана с повышением эффективности обучения.

Полезная модель относится к обучающей системе по физике для общеобразовательных школ, лицеев и колледжей, а именно комплекту оборудования для лабораторного практикума, разработанного в рамках этой системы, основанной на идее преемственности с практикумом технических ВУЗов и учитывающей уровень общеобразовательной школы и традиционную компоновку курса физики по разделам: механика, колебания, молекулярная физика, электричество и магнетизм, волновая оптика и основы квантовой физики.

Отдельные разрозненные лабораторные установки были описаны во многих учебниках и пособиях, в частности, Фетисов В.А. Лабораторные работы по физике. - М. Просвещение, 1979 или Физический практикум. Механика/Под ред. Н.Е. Сырьева. - М: Изд-во МГУ, 1988. Однако аналогов подобного рода комплектов, учитывающих всю полноту разделов физики, обнаружено не было.

Задача полезной модели состоит в обеспечении системного подхода к образованию учащегося, основанного на представлениях современной физической картины мира и повышении эффективности его технической реализации, в частности, в виде оборудования практикумом, лекционных демонстраций и прочих атрибутов физического образования.

Конечной практической целью предложенного оборудования для физпрактикума является обучение в наглядной форме основам измерений и обработки результатов с помощью простейших приближенных оценок погрешностей измерений.

Поставленная в предложении задача решена с помощью следующей совокупности признаков.

Комплект лабораторного оборудования для физического практикума содержит установки для проведения лабораторных работ, при этом каждая установка включает, по меньшей мере, одно устройство для изучения

закона или явления, или процесса, или для определения физической величины в одной из областей физики, такой как механика, колебания и волны, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, волновая оптика, основы атомной и ядерной квантовой физики, основы физики твердого тела, а все установки включают указанные устройства для изучения законов, или явлений, или процессов или определения физических величин во всех указанных областях физики.

Комплект может быть выполнен с открытой компоновкой элементов для обеспечения возможности наглядной демонстрации происходящих в установках процессов.

Комплект дополнительно включает средства для измерения линейных размеров, плоских углов, времени и температуры, силы токов или величин напряжений и радиационного фона.

В комплект входят следующие конструкции устройств.

Одним из устройств для изучения законов механики является устройство для изучения законов сохранения импульса и энергии, которое включает маятник в виде закупоренной с одного конца трубки, соединенной посредством подвеса с горизонтальным стержнем штатива, средство для придания маятнику колебательного движения, выполненное в виде пистолета с пулей, установленного на опоре с возможностью попадания пули в центр трубки, и средств измерения величины перемещения трубки в продольной плоскости и угла отклонения подвеса от вертикали, последнее из которых установлено на горизонтальном стержне штатива.

Одним из устройств для изучения законов механики является устройство для изучения процесса упругого удара, которое включает два шарика, имеющих разную массу, соединенных с горизонтальным стержнем штатива посредством бифилярных подвесов с условием обеспечения соприкосновения поверхностей шариков и нахождения их

центров на одном уровне, и средство для измерения величины отклонения шариков, закрепленное на основании штатива в плоскости их колебания.

Одним из устройств для изучения законов механики является устройство для изучения процесса свободного падения, которое включает штатив с установленным на нем с возможностью перемещения в продольном направлении электромагнитом, связанным электрической цепью с блоком питания, выключателем и секундомером, линейку, установленную вдоль штатива и шарик.

Одним из устройств для изучения законов колебаний является устройство для изучения гармонических колебаний на примере колебания математического маятника, которое включает штатив с горизонтальным стержнем, к которому на длинной нити подвешен шарик, и установленную на основании штатива под шариком линейку.

Одним из устройств для изучения законов колебаний является устройство для изучения волновых явлений и процессов на примере колебания струны, которое включает штатив, на горизонтальном стержне которого установлен вибратор, к язычку которого прикреплен один конец струны, на другом конце которой закреплен груз, при этом обмотка вибратора соединена с генератором, выполненным с возможностью изменения его частоты.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для измерения газовой постоянной, которое включает закрепленный на штативе прибор, состоящий из сосуда с водой и нескольких продольно установленных трубок, имеющих одинаковые сечения и последовательно соединенных гибкими шлангами с возможностью заполнения трубок водой, и манометр.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для измерения теплоемкости жидкости, которое включает калориметр в виде сосуда с теплоизолированными стенками и крышкой, выполненный с возможностью его заполнения жидкостью, термометр,

мешалку, например, соединенную с электродвигателем, и электрический нагреватель, установленный в жидкости.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения вязкости жидкости, которое включает заполненный жидкостью цилиндрический сосуд с прозрачными стенками, на которые на расстоянии друг от друга нанесены, например, две горизонтальные метки и шарик соответствующего диаметра.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, которое включает пружину, одним концом закрепленную на горизонтальном стержне штатива, а другим соединенную со средством для размещения груза и закрепленным под ним кольцом, сосуд с жидкостью, установленный с возможностью взаимодействия с указанным кольцом, и средство для измерения линейных размеров, закрепленное на стойке штатива.

Одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для изучения электрического прибора магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического или электростатического типа, состоящее из электрической схемы, содержащей добавочные сопротивления и шунты, которые посредством переключателей подсоединяются к электроизмерительным приборам с возможностью изменения условий измерений и градуировки.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения электроемкости конденсатора, которое содержит электрическую схему, включающую конденсаторы, эталонной и измеряемой емкости, переключатель для их включения в цепь заряда или разряда, ряд последовательно и параллельно включенных в цепь конденсаторов и переключатель для их включения в цепь заряда или разряда.

Одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для изучения законов постоянного и переменного тока, которое содержит электрическую схему, включающую два амперметра, два вольтметра, несколько последовательно и параллельно соединенных сопротивлений и два переключателя.

Одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для определения магнитного поля катушки с током, которое состоит из основания, на котором смонтирована катушка, соединенная с источником питания, и штатив, горизонтальный стержень которого установлен соосно катушке, при этом на указанном стержне с возможностью перемещения вдоль него установлена магнитная стрелка. Одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, которое состоит из двух штативов, на острие одного из которых установлена пластина с двумя трубками, установленными с противоположных ее сторон для размещения в одной трубке намагниченного стержня в виде спицы, а в другой - уравновешивающего первый немагнитного стержня, при этом стойка второго штатива выполнена из немагнитного материала и соединена с возможностью перемещения вдоль нее со вторым намагниченным стержнем в виде спицы.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения скорости распространения электромагнитных волн вдоль двухпроводной линии, которое содержит электрическую схему, в которой к выходу электронного осциллографа подключены концы двухпроводной линии, к которым подключен выход генератора.

Одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для изучения электрических свойств полупроводников, которое содержит электрическую схему, включающую два параллельно подсоединенных диода, выполненных из разных материалов,

потенциометр, предназначенный для измерения напряжения на одном и другом диоде, амперметр, регистрирующий силу тока на прямой и обратной ветви характеристики, при этом переключение прямой и обратной ветви осуществляется переключателем.

Одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения фокусного расстояния линзы, которое состоит из основания с направляющими, на которых обособленно друг от друга установлены три подставки, на центральной из которых закреплена двояковыпуклая линза, а на двух других источник света в виде лампы, заключенной в кожух, и экран с масштабной сеткой.

Одним из устройств для изучения законов волновой оптики является устройство для изучения дифракции и поляризации света, которое состоит из основания с направляющими, на которых обособленно друг от друга установлены три подставки, на центральной из которых закреплены съемная головка для изучения дифракции или поляризации света, а на двух других источник света в виде лампы, заключенной в кожух, и экран с масштабной сеткой, отличающейся по внешнему виду от экрана предыдущей установки.

Одним из устройств для изучения основ квантовой физики является устройство для изучения внешнего фотоэффекта, которое состоит из вакуумного фотоэлемента с установленными внутри него на расстоянии друг от друга двумя металлическими пластинками, одна из которых катод соединена с отрицательным полюсом батареи электрической цепи, а другая - анод через потенциометр и гальванометр соответственно с положительным полюсом батареи, при этом фотоэлемент имеет окошко со светофильтром, установленное с возможностью прохождения через него световых лучей от источника излучения и попадания их на анод.

Одним из устройств для изучения явлений радиоактивности является устройство для изучения радиационного фона, которое содержит прибор, в

каркас которого вмонтирован радиометр и кассета для поглощающих элементов в виде набора свинцовых пластин.

Полезная модель поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображена установка для изучения баллистического маятника; на фиг.2 - установка для изучения упругого удара; на фиг.3 - установка для изучения ускорения свободного падения; на фиг.4 - установка для изучения математического маятника; на фиг.3 - установка для изучения колебания струны; на фиг.6 - установка для изучения газовой постоянной; на фиг.7 -установка для изучения газовой постоянной методом измерения объема и давления паров жидкости; на фиг.8 - установка для изучения теплоемкости жидкости; на фиг.9 - установка для изучения вязкости жидкости; на фиг.10 - установка для изучения поверхностного натяжения жидкости; на фиг.11-схема магнитоэлектрического измерительного прибора; на фиг.12 - схема электромагнитного измерительного прибора; на фиг.13 - схема изучения электродинамического измерительного прибора; на фиг.14 - схема электростатического измерительного прибора; на фиг.15 - электрическая схема установки для изучения электроизмерительных приборов; на фиг.16 - электрическая схема установки для определения электроемкости конденсатора; на фиг.17 - электрическая схема установки для изучения законов постоянного и переменного токов; на фиг.18 - установка для изучения магнитного поля катушки с током; на фиг.19 - установка для изучения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли; на фиг.20 - электрическая схема установки для изучения электромагнитных волн вдоль двухпроводной линии; на фиг.21 - электрическая схема установки для изучения электрических свойств полупроводников; на фиг.22 - установка для определения фокусного расстояния линзы; на фиг.23 - схема определения фокусного расстояния по формуле линзы; на фиг.24 - установка для изучения дифракции и поляризации света; на фиг.25 - схема установки для исследования фотоэффекта; на фиг.26 - установка для

изучения внешнего фотоэффекта; на фиг.27 - установка для изучения радиоактивности.

Цель первой по порядку работы: знакомство с элементами теории погрешностей, методами измерения основных физических величин и правилами обработки результатов измерений.

Для проведения этой работы используется установка, которая представляет собой специальный ящик, в котором представлен набор измерительных инструментов: линейка, штангенциркуль, микрометр, транспортир, секундомер, термометр, а также исследуемые объекты:

параллелепипед, неравноугольный треугольник и сосуд с нагревателем.

Цель следующей по порядку работы состоит в изучении законов сохранения импульса и энергии, основных закономерностей равномерного и равноускоренного движения, знакомстве с методом определения скорости быстродвижущихся тел.

Описание лабораторной установки (фиг.1) и последовательность проведения измерений

Баллистическим маятником является трубка 1, подвешенная на нитях 2 штатива 6. Внутри трубки помещена вата или пластилин. Пистолет 3 располагается горизонтально против открытого конца трубки. Для фиксирования угла отклонения применяется изготовленная из пенопласта стрелка 4. Чтобы стрелка могла остановиться при любом отклонении, она вращается вокруг оси с некоторым трением.

Поперечная планка стрелки притягивается к горизонтальным стержням нитками. В модификациях установки для регистрации отклонения маятника может использоваться либо горизонтальная, либо вертикальная линейка 7.

Заряжается пистолет. Подводится указатель угла отклонения к нитям маятника. Отмечается положение указателя 4 по транспортиру 5.

Тщательно убедившись, что пуля может попасть только в центр маятника, производится выстрел. Делается отсчет отклонения указателя

угла и определяется угол отклонения маятника. Опыты проводятся с двумя пулями разной массы.

Для каждой пули производится 5-6 выстрелов. Результаты опытов записываются в таблицу.

Масса баллистического маятника, массы пуль и длина маятника указаны на лабораторной установке.

Измерения можно проводить и другим способом. Устанавливается линейка 7 вертикально или горизонтально рядом с указателем маятника 8 и записывается значение его высоты над столом или отклонения вдоль стола. Заряжается пистолет, подводится указатель угла отклонения к нитям маятника и производится выстрел. Маятник отклоняется до указателя угла и записывается новое значение высоты маятника над столом или отклонение вдоль стола после выстрела. Определяется разница высоты или указанного отклонения. Опыты проделываются 5-7 раз с двумя пулями разной массы. Результаты опытов записываются в таблицу.

Цель следующей работы состоит в изучении законов сохранения импульса и энергии, применении этих законов к описанию упругого центрального удара двух тел.

Описание лабораторной установки (фиг.2) и последовательность проведения измерений

В работе используются два шарика 9 и 10, подвешенных к стержню 11 на бифилярных подвесах 12 и 13, закрепленных на штативе. Шарики подвешены на нитях длиной 50-60 см так, что их центры находятся на одном уровне, а сами шарики соприкасаются. На столе под шариками в плоскости их колебания размещена линейка 7.

Если один из шариков отклонить на небольшой угол 9 из положения равновесия и отпустить, то при ударе суммарный импульс системы сохраняется и выполняется соотношение, соответствующее закону сохранения импульса

m₁₁=m₁₁+m₂₂.

Если при отклонении первого (большого) шарика от положения равновесия, его центр масс был поднят на некоторую высоту h₁, то в момент удара о второй шарик его скорость была равна

При достаточно малых отклонениях

; x₁/l

где l - длина подвеса, х₁ горизонтальное смещение шара. Следовательно,

.

Из выше приведенных соотношений получаем:

После удара оба шарика отклонятся от положения равновесия соответственно на расстояния х₁ и х₂ и приобретут скорости v₁ и v₂:

, .

Подставляя эти значения скоростей в закон сохранения импульса, получим после сокращения обеих частей на , или

Проверка последнего соотношения и является целью эксперимента, который проводится в такой последовательности.

Большой шарик отклоняется из положения равновесия на величину x₁, и после удара фиксируются отклонения шаров х₁ и х₂. Опыт

повторяется 5-7 раз и результаты записываются в таблицу.

Если в эксперименте отклоняется шарик меньшей массы, то при ударе о шар большой массы он отскакивает в противоположную сторону.

В этом случае: , , .

После подстановки в закон сохранения импульса получим:

.

Эксперимент в этом случае проводится так же, как и в предыдущем, и заполняется вторая таблица.

Целью следующей работы является изучение закона всемирного тяготения, экспериментальная проверка соотношения h=gt²/2, определение ускорения свободного падения.

Описание лабораторной установки (фиг.3) и последовательность проведения измерений.

Основным конструктивным элементом установки является штатив 6, по длине которого может перемещаться электромагнит 14 с указателем высоты шарика 15 по линейке 7. Время падения шарика определяется по секундомеру. В момент отключения электромагнита кнопкой К включается секундомер. Падающий шарик размыкает контакты 16 и отключает секундомер.

Сначала на установке проверяется зависимость h=gt²/2. Для этого шарик устанавливается на высоту h₁ и измеряется время его падения с этой высоты t₁. Затем измеряется высота h₂ и измеряется время падения t ₂. Измерение повторяется несколько раз и результаты записываются в таблицу.

Если указанное соотношение выполняется, то , и т.д., и, следовательно, каждая пара «высота падения -время падения» связаны соотношением:

.

В следующем опыте определяется ускорение свободного падения. Для этого шарик поднимается на максимальную возможную высоту и несколько раз определяется время его падения с этой высоты. Данные заносятся в таблицу.

Целью следующей работы является изучение гармонических колебаний на примере колебаний математического маятника, экспериментальная проверка зависимости периода колебаний маятника от его длины; определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника.

Описание лабораторной установки (фиг.4) и последовательность проведения измерений

Математический маятник представляет собой шарик 15, подвешенный на длинной тонкой нити 17. За длину маятника принимается расстояние от точки подвеса до центра шарика. Свободный конец нити зажат в подвесе (стержне) 11, закрепленном в зажиме штатива 6. Время качаний определяется секундомером. Можно проделать несколько упражнений.

Вначале маятник отклоняется от положения равновесия на небольшой угол и без толчка отпускается. Определяется время, в течение которого маятник сделает 10 полных колебаний, за одно полное колебание шарик проходит путь, равный четырем амплитудам. Изменяется начальное отклонение шарика и определяется время колебаний. Данные заносятся в таблицу.

Затем изменяется длина маятника и определяется период колебания. При этом не изменяется масса маятника, а амплитуда выбирается такой, при которой период не зависит от амплитуды. Для этого можно воспользоваться данными таблицы. Для каждого значения длины маятника

определяется время отклонений, и результаты опытов заносятся во вторую таблицу.

После чего исследуется зависимость периода колебаний от массы маятника. Для этого изменяется масса маятника и остается неизменной его длина. Определяется период колебаний, и результаты опытов заносятся в соответствующую таблицу.

Цель следующей работы состоит в изучении волновых явлений и процессов образования стоячих волн, а также исследовании упругих свойств струны.

Описание лабораторной установки (фиг.5) и последовательность проведения измерений.

Схема экспериментальной установки приведена на чертеже. Установка смонтирована на штативе 6, который закрепляется на столе лаборатории. К нижнему концу струны 18 подвешивается груз 19, ее верхний конец прикреплен к язычку электромагнитного вибратора 20, служащего для возбуждения колебаний. Обмотки вибратора питаются синусоидальным током звукового генератора. Если нагрузить струну и включить звуковой генератор, от вибратора по струне побегут поперечные волны, которые, отражаясь от концов, образуют сложную картину колебаний. Медленно изменяя частоту звукового генератора, можно заметить, что колебания струны при некоторых частотах стабилизируются - появляются стоячие волны. При этом струна делится неподвижными узлами на несколько равных отрезков. Амплитуда колебаний отдельных точек струны перестает при этом зависеть от времени и определяется только их положением на струне.

При изменении нагрузки картина немедленно размывается. Меняя частоту генератора, можно вновь получить стоячую волну с тем же числом узлов. Таким образом, частота стоячей волны зависит от натяжения струны, как это следует из соотношения:

.

Работа выполняется в такой последовательности.

Вначале включается звуковой генератор и частота устанавливается на «ноль». Струна нагружается грузом и изменением частоты генератора получается стоячая волна с определенным числом пучностей n. Данные записываются в таблицу.

Затем изменяется частота генератора и получается стоячая волна с другим n.

Измерение повторяется для нескольких частот.

Изменяется натяжение струны и измерение повторяется. Данные заносятся в таблицу.

Цель следующей работы: изучение газовых законов, экспериментальная проверка уравнения состояния идеального газа.

Описание лабораторной установки (фиг.6, 7) и последовательность проведения измерений.

Установка (фиг.6) состоит из стеклянного сосуда 21, соединительной резиновой трубки 22, смотровой стеклянной трубки 23, резинового шланга 24, стеклянной трубки 25. Все стеклянные трубки имеют одинаковое сечение. Прибор крепится на штативе 6 и заполняется водой так, чтобы ее уровень располагался посредине трубок 23 и 25. Уровень воды в трубке 23 отмечается резиновым колечком. При равенстве уровней воды в трубках 23 и 25 измеряется длина воздушного столба от уровня воды в трубке 23 (отмечен колечком) до уровня воды в сосуде 21. Объем воздуха пропорционален длине воздушного столба l₀. Давление воздуха равно атмосферному давлению р₀, которое определяется по барометру. Температура воздуха Т ₀ равна температуре воздуха в лаборатории и определяется по термометру. Параметры указанного состояния l ₀, р₀, Т₀.

В сосуд 21 подливается холодная вода и измеряется ее температура Т₁. Если погрузить трубку 26 водяного манометра в сосуд с водой и

перемещать трубку 25 вверх или вниз, то можно добиться равенства уровня воды в трубках 23 и 25. Тогда давление воздуха в сосуде 21 будет равно атмосферному давлению р₀, а длина воздушного столба l ₁=l₀±l где l - разность между уровнем воды в трубке и начальным уровнем, отмеченным колечком. Получаются вторые данные р ₀, l₁, T₁. Далее в сосуд наливается горячая вода и проделывается то же, что и с холодной водой. Получается третий набор данных: р ₀, l₂ T₂.

Все полученные данные измерений заносятся в таблицу. Для определения газовой постоянной методом измерения объема и давления паров жидкости в сосуд известного объема нужно внести определенную массу легко испаряющейся жидкости, а после того, как она полностью испарится, измерить, насколько увеличилось давление внутри сосуда, зная молекулярную массу жидкости и температуру, можно вычислить R по формуле:

.

Установка (фиг.7) состоит из стеклянного сосуда 21, закрытого резиновой пробкой 27 с двумя отверстиями: в одно вставлена стеклянная трубка 28, в другое - трубка 29, соединенная с микробюреткой 30 с ацетоном. На верхний конец микробюретки надета резиновая трубка с винтовым зажимом 31. Конец трубки закрыт пробкой 32. Сосуд 21 соединен с левым коленом водяного манометра 33 с помощью резиновой трубки 34 и стеклянного тройника с краном 35. Правое колено манометра подвижно. Его положение фиксируется зажимом 36.

В сосуд вводится ацетон из микробюретки: =0,058 кг/моль, _ац=790 кг/м³ ,

М=_ацV_ац

V_ац - объем ацетона, введенного в сосуд.

Так как парциальное давление паров ацетона измеряется водяным манометром по разности уровней воды в его коленах, то:

,

- разность уровней воды в коленах манометра.

Учитывая вышеприведенные соотношения, можно записать:

Определение R сводится к измерению объема жидкого ацетона, введенного в сосуд, и разности уровней воды в коленах манометра, обусловленной давлением паров ацетона. Точный объем сосуда с учетом объема резинового шланга, соединяющего сосуд с манометром, и объема трубки манометра до уровня нулевой отметки написан на стенке сосуда. Работа выполняется в такой последовательности.

Подготавливается таблица.

Измеряется объем ацетона в микробюретке.

Открывается кран у тройника 35 и перемещением правого колена манометра, уровень воды устанавливается на нулевую отметку шкалы. После этого закрывается кран 35.

Весь ацетон из микробюретки выливается в сосуд, в результате чего изменяются показания манометра. После того как весь ацетон испарится, показания манометра перестанут изменяться.

Передвижением правого колена манометра устанавливается уровень воды в левом колене на нулевую отметку. Это необходимо сделать для сохранения объема воздуха в сосуде и трубках таким же, как в начале опыта. Тогда манометр покажет только парциальное давление паров ацетона, так как температура не изменилась.

По шкале манометра отсчитывается разность уровней воды и в его коленах и данные записываются в таблицу.

Цель следующей работы: изучение классической теории теплоемкости, экспериментальное определение теплоемкости жидкости калориметрическим методом.

Описание экспериментальной установки (фиг.8) и последовательность проведения измерений

Калориметр представляет собой сосуд 37, стенки которого теплоизолированы между собой с помощью прокладки из теплоизолирующего материала 38, а также от окружающей среды крышкой 39. В сосуд помещается исследуемое вещество (в нашем случае -жидкость), температура которой определяется термометром 40. Нагревание жидкости осуществляется электрическим нагревателем 41, мощность которого определяется по току, регистрируемому стрелочным прибором. Для изменения тока применяется реостат R. Для улучшения условий теплообмена жидкость в эксперименте перемешивается специальной мешалкой 42, которая вращается электродвигателем.

Теплота нагревателя Q _н расходуется на нагревание жидкости Q калориметра со всеми его деталями - термометром, мешалкой и прочими, также тепловые потери Q на излучение, неидеальность теплоизоляции и другое.

Эксперимент проделывается в такой последовательности.

В калориметр заливается вода при комнатной температуре T ₁.

Одновременно включается нагреватель, мешалка и секундомер, регистрируется ток через нагреватель, через некоторое время порядка минуты фиксируется значение температуры. Данные заносятся в таблицу. Когда вода нагреется на 10 градусов, выключается нагреватель.

Вследствие инерции нагревателя после выключения тока температура некоторое время возрастает, затем начинает спадать, что также фиксируется, а данные записываются в таблицу.

После полного охлаждения воды она выливается из калориметра, который заполняется исследуемой жидкостью и опыт повторяется. Данные заносятся в другую таблицу.

Цель следующей работы: изучение свойств жидкостей, экспериментальное определение коэффициента вязкости по методу Стокса.

Экспериментальная установка состоит из стеклянного цилиндра 43, наполненного исследуемой жидкостью. На цилиндре нанесены две горизонтальные метки а и в, расположенные на расстоянии l. Диаметры шариков 44 измеряются микрометром. Измерев диаметр шарика, опускают его в жидкость, как можно ближе к оси цилиндра. В момент прохождения шариком верхней метки пускают в ход секундомер. В момент прохождения шариком нижней метки секундомер останавливают. Отсчет по секундомеру дает время прохождения шариком пути. Масштабной линейкой измеряют расстояние l между метками а и в. Опыт проводят с 5-7 шариками. Полученные в опытах результаты записываются в таблицу.

Цель следующей работы: изучение основных свойств жидкостей, знакомство с некоторыми экспериментальными методами измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Описание экспериментальной установки (фиг.10) и последовательность проведения измерений.

Экспериментальная установка включает указатель 45, который определяет начальную длину пружины 46. Вначале измеряется наружный и внутренний диаметр кольца 47 D, d. Определяется сумма наружной и внутренней длин окружностей кольца L.

Затем определяется коэффициент упругости пружины k, для чего на чашечку 48 кладется груз массой m, отмечается растяжение пружины х и вычисляется коэффициент упругости по вполне очевидной формуле:

.

Эти измерения проводятся несколько раз с разными грузами и результаты записываются в таблицу.

Кольцо погружается в сосуд с водой 49, сосуд опускается вниз до отрыва кольца 47 от воды. По шкале отмечается длина натянутой пружины в момент отрыва кольца от воды l₂. Эксперимент проделывается не менее пяти раз и результат записывается в таблицу. По известному

коэффициенту упругости можно определить силу, которая необходима для отрыва кольца, то есть силу поверхностного натяжения:

F=k(l₂-l₁)=aL.

Отсюда находим коэффициент поверхностного натяжения:

.

Цель следующей работы: знакомство с устройством и принципом действия электроизмерительных приборов общего назначения, градуировка электроизмерительных приборов, расширение пределов измерения токов и напряжений.

В приборах магнитоэлектрической системы рамка 50 (фиг.11) из нескольких витков тонкой проволоки может вращаться в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом 51. В отсутствие тока рамка удерживается в исходном положении пружинкой 52, при этом стрелку, закрепленную на одной оси вместе с рамкой, можно установить против нулевого деления шкалы с помощью корректора 53. Пружинки служат одновременно проводниками, по которым к рамке подводится ток. Когда по рамке течет ток, величину которого измеряют, возникают силы, действующие на рамку со стороны магнитного поля, рамка поворачивается до тех пор, пока магнитные силы не уравновесятся упругими силами, действующими со стороны пружинок на рамку. Упругие силы пропорциональны углу поворота рамки, а магнитные силы при данной величине тока одинаковы при любом положении рамки, так как магнитное поле в зазоре между полюсными наконечниками 54 и цилиндром 55. из мягкого железа всюду одинаково и направлено вдоль плоскости рамки. Следовательно, угол поворота, при котором рамка останавливается, пропорционален величине тока, текущего по рамке. Поэтому шкала у приборов магнитоэлектрической системы равномерная. Приборы этой системы используются для измерения силы постоянного тока и постоянного напряжения.

В приборах электромагнитной системы (фиг.12) неподвижная катушка 56, по которой протекает измеряемый ток, создает магнитное поле, в которое втягивается сердечник 57 из ферромагнитного материала, намагничиваемый этим же полем. При втягивании сердечника поворачивается стрелка, закрепленная с ним на одной оси.

Сердечник втягивается до тех пор, пока действие магнитных сил не уравновесится упругой силой, создаваемой пружинкой 52. Корректором 53 стрелку устанавливают на нуль в отсутствие тока. Колебания стрелки быстро прекращаются вследствие сопротивления воздуха при движении демпфера 58. При изменении направления тока в катушке меняются одновременно и направление магнитного поля, и направление намагничения железного сердечника. Благодаря этому магнитные силы, действующие на сердечник, не меняют направления.

Поэтому приборы электромагнитной системы можно использовать для измерения силы и напряжения как постоянного, так и переменного тока. Шкала у них неравномерная.

В приборах электродинамической системы (фиг.13) подвижная катушка 59 - рамка, по которой проходит измеряемый ток, взаимодействует с другой неподвижной катушкой 60, по которой также течет измеряемый ток. Стрелка, закрепленная на одной оси с подвижной катушкой, останавливается, когда силы взаимодействия катушек уравновешиваются силами, действующими на подвижную катушку со стороны пружинок 52. Ток к подвижной катушке подводится по этим пружинкам. Корректором 53 стрелку устанавливают на нуль в отсутствие тока. При помощи демпфера 58 колебания стрелки быстро прекращаются. Силы взаимодействия проводников с током, согласно закону Ампера, пропорциональны произведению силы токов, текущих в этих проводниках. Следовательно, приборы электродинамической системы можно применять как для постоянного, так и для переменного тока. При использовании их в качестве амперметров и вольтметров катушки прибора должны быть

соединены параллельно или последовательно. В этом случае шкала прибора неравномерная, квадратичная. Приборы такой системы можно использовать в качестве ваттметров.

Действие приборов электростатической системы (фиг.14) основано на электростатическом притяжении подвижного 61 и неподвижного 62 электродов, заряженных разноименными зарядами. Стрелка прибора останавливается тогда, когда электростатическая сила, действующая на подвижный электрод, уравновешивается силой, действующей на этот электрод со стороны пружинки 52. Корректором 53 стрелку устанавливают на нуль при незаряженных электродах. Внутреннее сопротивление приборов электростатической системы практически бесконечно велико, поэтому обычно их используют в качестве вольтметров для измерений высоких напряжений.

Шкала у них неравномерная. При перемене знаков зарядов одновременно на обоих электродах направление сил, действующих на подвижный электрод, не меняется, то есть приборы электростатической системы можно использовать для измерения постоянного и переменного напряжения.

Описание лабораторной установки (фиг.15) и последовательность проведения измерений

В зависимости от модификации применяется либо автономный блок питания БП, либо она подключается в низковольтную сеть лаборатории.

Переключатель П «А-В» определяет тип измерений: в положении А включается задание по подбору сопротивления шунта, в положении В -задание по подбору добавочного сопротивления к вольтметру.

1. Определение погрешностей электроизмерительных приборов установки.

Используя условные обозначения на шкалах приборов установки, определить: 1) предел измерений, 2) цену деления, 3) класс точности, 4) абсолютную погрешность, 5) приведенную погрешность.

Полученные результаты записать в таблицу.

2. Расчет добавочного сопротивления к вольтметру и расширение пределов измерения вольтметра.

Эксперимент проводится в такой последовательности. Переключатель П устанавливается в положение «В», переключатели П1 и П 2- в положение «О». Ручка потенциометра R1 выводится в крайнее левое положение. При этом вольтметры V1 и V показывают одинаковые значения напряжения, а показание V - максимально. Если показание вольтметра V отличается от максимального, потенциометром R1 напряжение увеличивается до максимума. Регистрируется ток I₀ в цепи и показания обоих приборов записываются в таблицу.

Затем переключатель П2 переводится в любое из положений 1÷5 и вращением ручки потенциометра R1 на вольтметре V устанавливается максимальное значение напряжения U_V. Регистрируется значение тока в цепи I_i и напряжение U_i на вольтметре V1, значения тока и напряжения записываются в таблицу.

Аналогичные измерения проводятся и для других положений переключателя П2 и их результаты также записываются в таблицу.

3. Расчет шунта и расширение пределов измерения амперметра

Эксперимент проводится в такой последовательности.

Переключатель П устанавливается в положение «А», переключатель П1 - в положение «О». Ручка потенциометра R2 выводится в крайнее правое положение. При этом амперметры А и А1 показывают одинаковые значения тока, причем показание амперметра А максимально. Если показание амперметра А1 отличается от максимального, потенциометром R2 ток увеличивается до максимума. Регистрируется напряжение на вольтметре V и показания всех приборов записываются в таблицу.

Затем переключатель П1 переводится в любое из положений 1÷5 и вращением ручки потенциометра R2 на амперметре А устанавливается максимальное значение тока. Регистрируется значение напряжения на

участке цепи U_i и значение тока, регистрируемое амперметром А1, и эти значения записываются в таблицу.

Аналогичные измерения проводятся для других положений переключателя П1 и их результаты также записываются в таблицу.

Цель следующей работы: изучение основных характеристик конденсаторов, их технического применения, измерение емкости конденсатора.

Описание лабораторной установки (фиг.16) и последовательность проведения измерений.

Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз будет отбрасываться по шкале на одно и то же число делений.

Электрическая схема измерительной установки представлена на фиг.16. Переключатель П1 позволяет включать в цепь заряда - разряда различные емкости: эталонную С и измеряемую С _х, а также совместно с ПЗ последовательную и параллельную цепочку конденсаторов С₁, С ₂. Переключатель П2 при заданном положении переключателя П1 позволяет включить цепь заряда или разряда конденсаторов.

Имея конденсатор известной емкости С (эталон), можно на опыте убедиться, что емкость конденсатора прямо пропорциональна числу делений, на которое отбрасывается стрелка гальванометра:

C=kn,

n - число делений, k - коэффициент пропорциональности.

Отсюда

k=C/n.

Зная коэффициент k, можно по отбросу стрелки гальванометра определить емкость любого другого конденсатора.

Эксперимент осуществляется в такой последовательности.

Вначале конденсатор С заряжается. Для этого он на короткое время соединяется с источником тока, переключатели П1 и П2 переводятся в соответствующие положения (на фиг.16 - положение 1). Затем сосредотачивается все внимание на стрелке прибора А, переключатель П2 быстро переключается в положение 2 и по его шкале регистрируется максимальное отклонение стрелки. При этом отсчитываются «на глаз» десятые доли деления. Опыт повторяется несколько раз, и результаты опытов записываются в таблицу.

В электрическую цепь переключателем включается конденсатор неизвестной емкости С_x . и аналогично предыдущему определяется, на сколько делений n _x отклоняется стрелка измерительного прибора при разряде C_x проделав ту же последовательность операций, что и в случае с конденсатором С. Опыт повторяется несколько раз, и результаты заносятся во вторую таблицу.

Включаются в цепь два конденсатора параллельно, а затем последовательно. Определяется отброс стрелки гальванометра. Все опыты проделываются 5-7 раз, данные записываются в таблицу.

Цель следующей работы: изучение законов постоянного тока, экспериментальная проверка закона Ома, изучение цепи переменного тока, определение индуктивности катушки.

Описание лабораторной установки (фиг.17) и последовательность проведения измерений.

1. Измерение напряжений на разных участках цепи

Переключатель П переводится в положение «=».

Переключателем П1 вольтметр V1 поочередно подсоединяется к сопротивлениям R1, R2 и R3 (соответственно положения переключателя «1», «2», «3») и регистрируются значения напряжений на каждом сопротивлении. Результаты записываются в таблицу.

Затем переключатель П1 переводится в положение 0 и регистрируются ток I₀ амперметром А1 и напряжение U₁₂₃ во всей цепи. Данные записываются в таблицу.

2. Проверка закона Ома для участка цепи.

При том же положении переключателя П, что и в предыдущем задании, переключатель П1 ставится в любое из положений 1÷3. Реостатом R выставляется ток в цепи и измеряется падение напряжения на выбранном сопротивлении. Результаты записываются в таблицу.

3. Проверка закона Ома для цепи переменного тока.

Переключатель П переводится в положение «˜», изменяя реостатом R4 напряжение в цепи, измеряемое вольтметром V2, измеряется сила тока несколько раз и результаты записываются в таблицу.

Цель следующей работы: знакомство с основными характеристиками магнитного поля, экспериментальное определение магнитного поля катушки с током и горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Описание лабораторной установки (фиг.18) и последовательность проведения измерений.

Все принадлежности установки смонтированы на основании 63. На немагнитной подставке 64 укреплена короткая катушка 65, магнитное поле в которой создается соответствующей электрической цепью, состоящей из блока питания БП, реостата R и амперметра. На штативе закреплена направляющая 66, на которой укреплена магнитная стрелка 67, которая может перемещаться вдоль оси катушки, а ее положение фиксируется по линейке 68.

Правая часть установки предназначена для измерения магнитного поля Земли и описана ниже.

Если поместить магнитную стрелку в магнитное поле с напряженностью Н, то, прежде чем установиться вдоль магнитной силовой линии, стрелка совершит несколько колебаний. Оказывается, что период

колебаний зависит от напряженности поля. Для проверки этой зависимости можно стрелку расположить внутри цилиндрической катушки с током, на оси которой величина напряженности поля определяется по формуле: H=k ₁I

где ,

N - число витков катушки, - радиус витков, l -длина катушки.

Изменяя ток и, тем самым, магнитное поле внутри катушки, легко убедиться, что период колебаний стрелки будет тем меньше, чем больше сила тока. Если при нескольких фиксированных значениях тока I ₁, I₂, I₃ - найти соответствующие периоды колебаний T₁ , T₂, Т₃... оказывается, то оказывается, что . Так как H=k₁I, то получаем .

Иначе это соотношение записывается так:

H=k ₁k₂/T².

Следовательно, по периодам колебаний стрелки можно изучать магнитное поле.

1. Определение магнитного поля катушки методом колебаний.

В настоящем задании предлагается построить график зависимости напряженности магнитного поля от силы тока в катушке и от расстояния точек поля, расположенных на оси, до середины катушки.

Для этого магнитная стрелка помещается внутри катушки в средней плоскости при х=0, реостатом R задается величина тока, который регистрируется амперметром А, Стрелка выводится из среднего положения и начинает колебаться. Регистрируется время десяти полных колебаний. При заданной силе тока измерения проводятся не менее пяти

раз и результаты записываются в таблицу. После этого измерения повторяются при другой силе тока I_j,.

Измерения проводятся последовательно для постоянных положений магнитной стрелки слева и справа от плоскости симметрии катушки и данные заносятся в таблицу, в которой левый столбец соответствует положению x=x_i , а величины токов во втором столбце таблицы выбираются такими же, как и в случае х=0.

Если изготовить магнит в виде очень тонкого и длинного стержня - спицы, то полюсные области его сводятся почти к точкам, лежащим у концов магнита, а вся остальная поверхность представляет собой нейтральную зону. Такие магнитные спицы особенно удобны для обнаружения магнитных свойств естественного и искусственного магнита.

Прибор для выполнения данного задания представляет фрагмент установки фиг.18 и представлен на фиг.19. В трубки двойной гильзы 69 вставлены намагниченная спица А и латунная проволока М. Гильза одевается на острие штатива. Передвигая спицу А и проволоку М, можно добиться горизонтального положения спицы. Под штатив со спицей А подкладывается лист картона так, чтобы меньший край листа, вдоль которого наклеен масштаб, был параллелен направлению, указанному спицей. Это направление магнитного меридиана.

Вторая намагниченная спица В установлена в пробочке 70, перемещающейся по латунному стержню 71. Если приблизить к полюсу вращающейся спицы А одноименный полюс спицы В, то спица А повернется на 90° и расположится перпендикулярно магнитному меридиану, как показано на фиг.19.

Расчет горизонтальной составляющей магнитного поля Земли можно провести на основании следующих соображений.

Если m₁ - «количество магнетизма» полюса неподвижной спицы, т^ - «количество магнетизма» полюса вращающейся спицы r - расстояние между

полюсами, то сила отталкивания полюсов согласно формуле равна km₁m₂ /r². Против этой силы действует сила m ₂Н_г, стремящаяся поставить спицу А в плоскости магнитного меридиана. Следовательно: km ₁m₂/r²=m ₂Н_г откуда

.

Измерения сводятся к отсчету по шкале, нанесенной на листе картона, расстояния между магнитными полюсами спиц. Для устранения ошибки отсчета рядом со шкалой помещена зеркальная полоса 72. Измерения осуществляются последовательно несколько раз, а результаты записываются в таблицу.

Цель следующей работы: определение скорости распространения электромагнитных волн вдоль двухпроводной линии.

Описание экспериментальной установки (фиг.20) и последовательность проведения измерений

Так как скорость распространения электромагнитной волны вдоль линии не зависит от взаимного расположения проводов, то в установке двухпроводная линия наматывается на катушку.

Интервал времени t может измеряться с помощью электронного осциллографа, подключенного к началу двухпроводной линии. На вход линии подается от генератора прямоугольный импульс напряжения. При включении осциллографа в режим работы со ждущей разверткой ее запуск произойдет в момент отправления импульса. На экране виден этот импульс, а затем на некотором расстоянии от него импульс такой же полярности, отраженный от конца линии. Зная скорость развертки, можно по расстоянию, на экране осциллографа между первичным и отраженным сигналом определить интервал времени t.

При рассмотрении процессов в длинной линии не учитывалось существование сопротивления проводов линии, которым в реальной линии нельзя пренебрегать. Из-за потерь энергии на нагревание проводов в линии амплитуда

отраженного сигнала меньше амплитуды первичного сигнала. Выделить отраженный сигнал среди других сигналов на экране осциллографа можно путем закорачивания линии. Если от ее разомкнутого конца сигнал отражается без изменения полярности напряжения, то от короткозамкнутого конца происходит отражение сигнала с изменением полярности напряжения на противоположную.

Перед проведением экспериментов необходимо ознакомиться с правилами работы с осциллографом и генератором импульсов.

Работа выполняется в такой последовательности.

К выходу электронного осциллографа подключаются концы двухпроводной линии известной длины l и на них с выхода генератора подаются импульсы длительностью около 1 мкс. Осциллограф работает в режиме внутренней синхронизации со ждущей разверткой, полярность знака против ручки управления синхронизацией развертки соответствует полярности импульса, подаваемого на вход осциллографа. Изменяя скорость развертки и амплитуду импульса ее синхронизации, добиваются получения на экране осциллографа устойчивой картины первичного и отраженного импульсов. По известной скорости развертки луча, определяемой положением переключателя скорости развертки, и измеренному расстоянию между началами первичного и отраженного импульсов определяется интервал времени At, затраченного электромагнитной волной на прохождение пути от начала двухпроводной линии до ее концов и обратно. Для точного определения положения импульса, вызванного на экране приходом отраженной электромагнитной волны, необходимо несколько раз закоротить концы двухпроводной линии. При закорачивании линии полярность отраженного импульса изменяется на противоположную, что обнаруживается на экране осциллографа. Измерения проводятся несколько раз с импульсами разной длительности и различной частоты следования и данные записываются в таблицу.

Цель следующей работы: изучение электрических свойств полупроводников, снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода, исследование автогенератора на транзисторе.

Описание лабораторной установки (фиг.21) и последовательность проведения измерений.

Электрическая схема экспериментальной установки представлена на фиг.21.

Для снятия вольт-амперной характеристики (ВАХ) германиевого и кремниевого диодов используется специальная схема, позволяющая измерить малые обратные токи.

Регистрация ВАХ осуществляется следующим образом.

Тип диода выбирается включением тумблера П1 «Ge-Si», при этом у соответствующего диода загорается сигнальная лампа. Изменяется напряжение на диоде потенциометром R и амперметром регистрируется ток на прямой и обратной ветви характеристики. Ввиду большого диапазона величины прямых и обратных токов и напряжений в установке используются либо «слепые», либо многопредельные регистрирующие приборы. В первом случае регистрация осуществляется в делениях шкал, а перевод в значения токов и напряжений производится с помощью таблицы, нанесенной на лицевой панели блока. Переключение прямой и обратной ветви осуществляется переключателем П2 на лицевой панели. Полученные результаты записываются в таблицу.

Цель следующей работы: изучение основных теоретических положений геометрической оптики, способов контроля изображений в линзах и простейших оптических приборах, экспериментальное определение различными способами фокусного расстояния линзы.

Описание лабораторной установки (фиг.22) и последовательность проведения измерений.

Все принадлежности для выполнения работы собраны на оптической скамье 73: рейтер с двояковыпуклой линзой 74, рейтер с электрической

лампочкой в специальном кожухе - осветитель 75, рейтер с экраном 76. Расстояния отсчитываются по линейке 77 с помощью указателей 78.

Определение фокусного расстояния по формуле линзы.

Экран с масштабом помещается на достаточно большом расстоянии от предмета, линза ставится между ними и передвигается до тех пор, пока на экране не получится совершенно отчетливое изображение предмета. Зафиксировав с помощью указателей и линейки положение линзы, экрана и предмета, передвигают рейтер с линзой и экраном в другое положение и получают вновь изображение предмета на экране, подбирая соответствующее положение линзы (фиг.23).

Ввиду неточности визуальной оценки резкости изображения, измерение рекомендуется повторять не менее 5 раз. Кроме того, в данном способе полезно проделать часть измерений при увеличенном, а часть -при уменьшенном изображении. Данные измерений заносятся в таблицу.

Цель следующей работы: изучение дифракции и поляризации света, определение длины световой волны в дифракционном опыте на решетке, исследование вращения плоскости поляризации.

Описание лабораторной установки (фиг.24) и последовательность проведения эксперимента.

Принадлежности лабораторной установки устанавливаются на оптической скамье 73, на которой на рейтере закреплен осветитель 75. В комплект принадлежностей входят две специально съемные головки: одна для изучения дифракции, другая - поляризации света. Каждая из головок закрепляется поочередно на рейтере.

Изучение дифракционного спектра и определение длины световой волны.

Эксперимент проводится в такой последовательности. Передвижением осветителя по скамье устанавливается наиболее четкий дифракционный спектр.

По линейке отсчитывается расстояние между двумя первыми максимумами, расположенными по обе стороны щели, соответствующими

крайней фиолетовой границе спектра. Полученный результат делится на два, то есть определяется расстояние а от центрального до первого максимума и данные заносятся в таблицу.

По линейке отсчитывается расстояние от экрана до решетки b.

Опыт повторяется еще 2-3 раза после изменения положения экрана относительно дифракционной решетки, находятся соответствующие значения а и b и записываются в таблицу.

Аналогичные измерения проводятся для красной границы спектра.

Опыт повторяется для спектров 1-го и 2-го порядков и результаты записываются в таблицу.

Цель следующей работы: измерение работы выхода электронов из катода вакуумного фотоэлемента и проверка закона Столетова.

Для исследования фотоэффекта применяется установка, схематически изображенная на фиг.25.

Пластинка 79 - катод, из которой освобождаются фотоэлектроны, присоединена к отрицательному полюсу батареи, второй полюс которой соединен через потенциометр и гальванометр с пластинкой 80 - анодом. Обе пластинки заключены в сосуд, из которого откачивается воздух для того, чтобы столкновения электронов с молекулами газа не вносили осложнения в наблюдаемые явления, а также для того, чтобы предохранить пластинки от окисления. Излучение, падающее на пластинку 79, проникает через кварцевое окошко 81. Электроны, вылетающие из катода, попадают в электрическое поле между катодом и анодом. Напряжение между катодом и анодом можно изменять перемещением движка потенциометра 82. Если поле достаточно сильное и направлено от анода к катоду, то все вылетевшие электроны достигают анода - через гальванометр течет ток насыщения.

Описание лабораторной установки (фиг.26} и последовательность проведения измерений.

При соединении положительного полюса батареи с катодом 79, а отрицательного - с анодом 80 электрическое поле между катодом и анодом изменяет направление и препятствует движению электронов в сторону анода (нормальное направление поля показано сплошным, а задерживающее - штриховым вектором на фиг.25).

Если работа по преодолению задерживающего потенциала равна кинетической энергии самых быстрых электронов, освобожденных с катода при фотоэффекте, то:

.

При этом сила тока в цепи фотоэлемента равна нулю. Исходя из уравнения Эйнштейна и условия запирания фототока, можно записать:

hv=A+eV.

Из выражения следует, что по известной частоте света и напряжению запирания тока в цепи фотоэлемента U, можно рассчитать работу выхода А с катода фотоэлемента:

В данной работе в качестве источника света используют обычно электрическую лампу накаливания 75, установленную на рейтере оптической скамьи 73. Спектр ее излучения сплошной. Для выделения из сплошного спектра излучения известной частоты используют цветные сменные светофильтры из оптического стекла, установленные в специальную кассету 83. Фотоэлемент помещен в защитный светонепроницаемый корпус (фиг.26).

Электрическая схема лабораторной установки и ее общий вид представлены на фиг.26. Для питания лампы накаливания и измерительной схемы установки используются специальные блоки питания. Регулировка напряжения на фотоэлементе осуществляется потенциометром R, ручка которого выведена на переднюю панель электронного блока.

Определение работы выхода

Переключатель П ставится в положение «ОБР».

Включается лампа 75, в окошко перед фотоэлементом вдвигается один из светофильтров, потенциометром R плавно увеличивается напряжение, подаваемое на фотоэлемент, и фиксируется то его значение U, при котором происходит запирание фототока в цепи, то есть сила тока через гальванометр становится равной нулю. Измерения проделываются не менее пяти раз и данные записываются в таблицу.

Можно поменять светофильтр и проделать те же измерения.

Цель следующей работы: изучение явления радиоактивности, знакомство с методами регистрации радиоактивного излучения, измерение радиационного фона

Описание лабораторной установки (фиг.2 7) и последовательность проведения измерений.

Основным конструктивным элементом установки является бытовой дозиметр-радиометр АНРИ-01-02 «Сосна», предназначенный для измерения мощности дозы гамма-излучения, измерения плотности потока бета-излучения и оценки объемной активности радионуклидов в веществах. Имеет следующие характеристики.

1. Диапазон измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения - 0,010-9,999 мР/ч.

2. Диапазон измерения плотности потока бета-излучения загрязненных поверхностей - 10-5000 част/см^мин или 1,66 10 ³ - 8,33-Ю⁵

l/M^C.

3. Диапазон энергий гамма-излучения 0,06 - 1,25 МэВ (9,6-200 фДж).

4. Диапазон энергий бета-излучения 0,5 - 3 МэВ (80 - 560 фДж).

5. Время измерения 20 ± 5 с.

Для выполнения дополнительного задания радиометр может быть вмонтирован в каркас типа «свинцовый домик», в котором предусмотрена кассета для поглощающих элементов в виде набора свинцовых пластин.

35

Радиометр имеет следующие органы управления на лицевой панели (фиг.27): цифровое жидкокристаллическое табло 84, переключатель режима работы 85, кнопку контроля работоспособности прибора 86, кнопку «пуск» включения измерения 87, выключатель питания 88, кнопку «стоп» выключения измерения 89.

Проверка исправности работы прибора осуществляется следующим образом. Переключатель режима работы устанавливается в положение «МД», нажимается кнопка «контроль» и удерживается в нажатом состоянии, а затем кнопкой «пуск» запускается счетчик импульсов. За время измерения 20 ± 5 с, автоматически задаваемое таймером прибора, на цифровом табло при исправной работе прибора высвечивается число 1.024. Окончание отсчета сопровождается коротким звуковым сигналом.

1. Комплект лабораторного оборудования для физического практикума, содержащий установки для проведения лабораторных работ, при этом каждая установка включает по меньшей мере одно устройство для изучения закона, или явления, или процесса, или для определения физической величины в одной из областей физики, такой как механика, колебания и волны, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, волновая оптика, основы атомной и ядерной квантовой физики, основы физики твердого тела, а все установки включают указанные устройства для изучения законов, или явлений, или процессов, или определения физических величин во всех указанных областях физики.

2. Комплект по п.1, в котором установки выполнены с открытой компоновкой элементов для обеспечения возможности наглядной демонстрации происходящих в устройствах процессов.

3. Комплект по любому из пп.1 и 2, который дополнительно включает средства для измерения линейных размеров, плоских углов, времени и температуры, силы токов или величин напряжений.

4. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов механики является устройство для изучения законов сохранения импульса и энергии, включающее маятник в виде закупоренной с одного конца трубки, соединенной посредством подвеса с горизонтальным стержнем штатива, средство для придания маятнику колебательного движения, выполненное в виде пистолета с пулей, установленного на опоре с возможностью попадания пули в центр трубки, и средств измерения величины перемещения трубки в продольной плоскости и угла отклонения подвеса от вертикали, последнее из которых установлено на горизонтальном стержне штатива.

5. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов механики является устройство для изучения процесса упругого удара, включающее два шарика, имеющих разную массу, соединенных с горизонтальным стержнем штатива посредством бифилярных подвесов с условием обеспечения соприкосновения поверхностей шариков и нахождения их центров на одном уровне, и средство для измерения величины отклонения шариков, закрепленное на основании штатива в плоскости их колебания.

6. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов механики является устройство для изучения процесса свободного падения, включающее штатив с установленным на нем с возможностью перемещения в продольном направлении электромагнитом, связанным электрической цепью с блоком питания, выключателем и секундомером, линейку, установленную вдоль штатива и шарик.

7. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов колебаний является устройство для изучения гармонических колебаний на примере колебания математического маятника, включающее штатив с горизонтальным стержнем, к которому на длинной нити подвешен шарик, и установленную на основании штатива под шариком линейку.

8. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов колебаний является устройство для изучения волновых явлений и процессов на примере колебания струны, включающее штатив, на горизонтальном стержне которого установлен вибратор, к язычку которого прикреплен один конец струны, на другом конце которой закреплен груз, при этом обмотка вибратора соединена с генератором, выполненным с возможностью изменения его частоты.

9. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для измерения газовой постоянной, включающее закрепленный на штативе прибор, состоящий из сосуда с водой и нескольких продольно установленных трубок, имеющих одинаковые сечения и последовательно соединенных гибкими шлангами с возможностью заполнения трубок водой, и манометр.

10. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для измерения теплоемкости жидкости, включающее калориметр в виде сосуда с теплоизолированными стенками и крышкой, выполненный с возможностью его заполнения жидкостью, термометр, мешалку и нагреватель, установленный в жидкости.

11. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения вязкости жидкости, включающее заполненный жидкостью цилиндрический сосуд с прозрачными стенками, на которые на расстоянии друг от друга нанесены горизонтальные метки, и шарик соответствующего диаметра.

12. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, включающее пружину, одним концом закрепленную на горизонтальном стержне штатива, а другим соединенную со средством для размещения груза и закрепленным под ним кольцом, сосуд с жидкостью, установленный с возможностью взаимодействия с указанным кольцом, и средство для измерения линейных размеров, закрепленное на стойке штатива.

13. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для изучения электроизмерительного прибора, магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического или электростатического типа, состоящее из электрической схемы, содержащей добавочные сопротивления и шунты, которые посредством переключателей подсоединены к электроизмерительным приборам с возможностью изменения условий измерений и градуировки.

14. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения электроемкости конденсатора, содержащее электрическую схему, включающую конденсаторы эталонной и измеряемой емкости, переключатель для их включения в цепь заряда или разряда и ряд последовательно и параллельно включенных в цепь конденсаторов и переключатель для их включения в цепь заряда или разряда.

15. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для изучения законов постоянного и переменного тока, содержащее электрическую схему, включающую два амперметра, два вольтметра, несколько последовательно и параллельно соединенных сопротивлений и два переключателя.

16. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения магнитного поля катушки с током, состоящее из основания, на котором смонтирована катушка, соединенная с источником питания, и штатив, горизонтальный стержень которого установлен соосно катушке, при этом на указанном стержне с возможностью перемещения вдоль него установлена магнитная стрелка.

17. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, состоящее из двух штативов, на острие одного из которых установлена пластина с двумя трубками, установленными с противоположных ее сторон для размещения в одной трубке намагниченного стержня в виде спицы, а в другой - уравновешивающего первый немагнитного стержня, при этом стойка второго штатива выполнена из немагнитного материала и соединена с возможностью перемещения вдоль нее со вторым намагниченным стержнем в виде спицы.

18. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения скорости распространения электромагнитных волн вдоль двухпроводной линии, содержащее электрическую схему, в которой к выходу электронного осциллографа подключены концы двухпроводной линии, к которым подключен выход генератора.

19. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов электричества является устройство для изучения электрических свойств полупроводников, содержащее электрическую схему, включающую два параллельно подсоединенных диода, выполненных из разных материалов, потенциометр для измерения напряжения на каждом диоде, амперметр для регистрации силы тока на прямой и обратной ветви характеристики, переключение между которыми осуществлено с помощью переключателя.

20. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для определения физической величины является устройство для определения фокусного расстояния линзы, состоящее из основания с направляющими, на которых обособленно друг от друга установлены три подставки, на центральной из которых закреплена двояковыпуклая линза, а на двух других - источник света в виде лампы, заключенной в кожух, и экран с масштабной сеткой.

21. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения законов волновой оптики является устройство для изучения дифракции и поляризации света, состоящее из основания с направляющими, на которых обособленно друг от друга установлены три подставки, на центральной из которых закреплены съемная головка для изучения дифракции или поляризации света, а на двух других - источник света в виде лампы, заключенной в кожух, и экран с масштабной сеткой.

22. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения основ квантовой физики является устройство для изучения внешнего фотоэффекта, состоящее из вакуумного фотоэлемента, катод которого соединен с отрицательным полюсом батареи электрической цепи, а анод через потенциометр и гальванометр - соответственно с положительным полюсом батареи, при этом фотоэлемент имеет окошко со светофильтром, установленное с возможностью прохождения через него световых лучей от источника излучения и попадания их на анод.

23. Комплект по любому из пп.1 и 2, в котором одним из устройств для изучения явлений радиоактивности является устройство для изучения радиационного фона, содержащее прибор, в каркас которого вмонтирован радиометр.