ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 43.5

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторного практикуму з фізики

Розділ „КОЛИВАННЯ ТА ХВИЛІ”

Частина 2

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей

денної форми навчання

Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „Коливання та хвилі”. Частина 2.Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання. / Укладачі: В.К. Манько, М.І. Правда, С.П. Лущін, С.В. Сейдаметов. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2009. - 76 с.

Укладачі:

доценти кафедри фізики В.К.Манько

М.І. Правда

С.П.Лущін

старший викладач кафедри фізики С.В. Сейдаметов

Рецензенти:

доцент кафедри фізики ЗНТУ В.Г. Корніч

професор кафедри фізики ЗНТУ С.В. Лоскутов

старший викладач кафедри іноземної мови Т.О. Сокол

Затверджено

на засіданні кафедри фізики.

Протокол № 10 від 04.07. 2011 р

Відповідальний за випуск В.К. Манько, канд. фіз.-матем. наук,

доцент.

ЗМІСТ

Вступ ……………………………………………………………………. 71

Introduction ……………………………………………………………. 72

13 Лабораторна робота № 43.5. Крутильний маятник ……………… 73

13.1 Теоретична частина ………………………………………………. 74

13.2 Практична частина ……………………………………………….. 77

Контрольні запитання …………………………………………………. 79

Література ……………………………………………………………… 79

14 Laboratory work № 43.5. Torsion pendulum …………………………80

14.1 Theoretical part …………………………………………………….. 81

14.2 Practical part ………………………………………………………. 84

Control questions ……………………………………………………….. 86

Literature …………………………………………………………………87

15 Лабораторна робота № 43.6. Коливання обруча …………………. 88

15.1 Теоретична частина ……………………………………………… 88

15.2 Практична частина ………………………………………………. 89

Контрольні запитання …………………………………………………. 90

Література ……………………………………………………………… 90

16 Laboratory work № 43.6. Oscillation of hoop ……………………… 91

16.1 Theoretical part ……………………………………………………. 91

16.2 Practical part ………………………………………………………. 93

Control questions ………………………………………………………... 93

Literature ………………………………………………………………... 94

17 Лабораторна робота № 44. Затухаючі механічні коливання …….. 95

17.1 Теоретична частина ………………………………………………. 95

17.2 Практична частина ……………………………………………….. 97

Контрольні запитання …………………………………………………. 98

Література ……………………………………………………………… 98

18 Laboratory work № 44. Mechanical free damped oscillations ……… 99

18.1 Short theory …………………………………………………………99

18.2 Experimental part ………………………………………………….101

Control questions ………………………………………………………. 102

19 Лабораторна робота № 45. Дослідження затухаючих

електромагнітних коливань у коливальному контурі ……………… 104

19.1 Теоретична частина ………………………………………………104

19.2 Практична частина ……………………………………………… 107

Контрольні запитання ………………………………………………. 108

Література …………………………………………………………… 109

20 Laboratory work № 45. Electromagnetic free damped oscillations .. 110

20.1 Short theory ..................................................................................... 110

20.2 Experimental part ………………………………………………… 113

Control questions ………………………………………………………. 114

21 Лабораторна робота № 46. Резонанс у коливальному контурі … 115

21.1 Експериментальна установка …………………………………. 115

21.2 Теоретична частина ……………………………………………. . 115

21.3 Практична частина ……………………………………………… 117

Контрольні запитання ………………………………………………. 119

Література ……………………………………………………………. 119

22 Laboratory work № 46. Resonance in oscillatory circuit ………… 120

22.1 Experimental setting …………………………………………….. 120

22.2 Theoretical part ………………………………………………….. 120

22.3 Experimental part ……………………………………………….. 122

Control questions …………………………………….……….……… 124

Literature ………………………………………………….…………... 124

23 Лабораторна робота № 47. Коливання циліндричних тіл на

угнутій поверхні…………………………………………………….125

23.1 Теоретична частина ……………………………………………. . 125

23.2 Практична частина ……………………………………………… 129

Контрольні запитання ………………………………………………. 131

Література ……………………………………………………………. 131

24 Лабораторна робота № 47.2. Коливання циліндрів зі

зміщеним центром маси на горизонтальній поверхні…………....132

24.1 Теоретична частина ……………………………………………. . 132

24.2 Практична частина ……………………………………………… 140

Контрольні запитання ………………………………………………. 142

Література ……………………………………………………………. 142

ВСТУП

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).

INTRODUCTION

Basic goal of the laboratory work manual on Physics is to enable students to learn important physical phenomena by experience. Laboratory work description does not try to give students a complete picture of the studied phenomena. Such presentation can only be achieved as a result of study of lectures and textbooks.

Large attention in the laboratory work manual on Physics for the students of technical professions is devoted to the handling of the measured results. Prior independent preparation, above all theoretical, is needed for successful completion of the work.

Every laboratory work is supposed to take two academic hours. Before the class a student must prepare a protocol of laboratory work and learn appropriate theoretical material.

During the class students do the necessary measurements, execute calculations and take the report to the conclusion. Measured results are discussed with a teacher and confirmed.

Fully designed report on laboratory work should be given to the teacher before the end of the class. It must include: title sheet, laboratory work number and name, list of devices and installations, purpose of work, drawing of the setting, calculation formulae, table of the measurement results and calculations, conclusions, as the result of the work. Graphs must be done on a millimeter`s paper.

If a student does not have time to support the laboratory work before the end of the class, he/she is allowed to design a report (graph) with the use of the computer programs (Excel, Origin) for the next class.

Laboratory work is considered done after the successful speech in support in front of a teacher (report explanation + mark for theoretical material).

Support of report: purpose of work + experimental method + conclusions.

Theoretical material: knowledge of the physical phenomena, which was studied in this laboratory work (laws, formulas).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 43.5

Крутильний маятник

Мета роботи:Вивчення законів коливаннякрутильного маятника.

Завдання:а) перевірити залежність періоду вільних коливань

крутильного маят­ника від його моменту інерції.

б) перевірити формулу для моменту інерції кулі (стержня).

Прилади і обладнання: крутильний маятник, штангенциркуль, набір циліндрів або стержнів, куля.

Експериментальна установка (рис.13.1) складається із основи 1, вирівню­вання якої здійснюється ніжками 2. В основі закріплена стійка 3, на якій фік­сується нижній кронштейн 4 і верхній 13. На цих кронштейнах на стальному дроті 16 підвішена рамка 9, яка має ру­хому планку 10 з двома фіксуючими цанговими гайками 11. В рамці на двох центруючих штиф­тах 14 кріпиться досліджуване тіло 15 (циліндр, сте­р­жень, куб, куля) і затискується

гвинтом 12. До рамки прикріплений прапо­рець 7, який, перетинаючи світловий промінь фо­то­електричного датчика 8, вмикає електронну систему підрахунку кі­лькості коливань (індикатор 17) та секундомір (індикатор 22). За допо­могою цього прапорця рамка фіксу­ється у початковому положенні елект­ромагнітом 6 при певному куті повороту, який вимірюється по шкалі 5. На передній панелі приладу знаходяться: вимикачі 18 – “СЕТЬ”, 19 – “СБРОС”, 20 “ПУСК” 21 – “СТОП”.

Теоретична частина

Крутильний маятник (рис.13.2) – це тіло, яке може обертатись відносно довільної осі під дією пружної сили, що виникає при деформації кручення дроту, на якому закріплене тіло. Запишемо основне рівняння динаміки обертального руху ,(13.1)

деI- момент інерції тіла, – кутове

прискорення. При деформації кручення дроту момент

сили пропорційний куту закручування, тобто

(13.2)

Знак мінус враховує, що момент сили зменшує кут повороту α.Одержуємо диференціальне рівняння коливань крутильного маятника

. (13.3)

Порівнюючи це рівняння із загальним рівнянням незатухаючих гармонічних коливань , (13.4)

одержуємо циклічну частоту та період коливань крутильного маятника

. (13.5)

Для виконання першого пункту завдання необхідно змінювати момент інерції маятника. Це здійснюється заміною тіл, які закріплюються в рамці 9. Для цього використовується комплект вантажів з різними геометричними розмірами, але з однаковою масою.

Момент інерції циліндра відносно його осі

. (13.7)

Момент інерції стержня відносно осі, яка перпендикулярна до нього і проходить через його середину

. (13.8)

Момент інерції кулі відносно діаметра

. (13.9)

Підстановка цих виразів у формулу (13.5), з урахуванням моменту інерції рамки I_p та адитивності моменту інерції, дає можливість обчислити періоди коливань:

циліндра , (13.10)

стержня , (13.11)

кулі . (13.12)

Піднісши вирази (13.10), (13.11) і (13.12) до квадрату, одержуємо:

~ R², (13.13)

~L², (13.14)

~ R², (13.15)

Із формул (13.13) ÷ (13.15) видно, що квадрати періодів коливань пропорційні квадратам відповідних характерних геометричних розмірів тіл (радіусу, довжини).

Поиск по сайту: