ĆWICZENIA PRAKTYCZNE Z FIZYKI

Transkrypt

1 M ICHAŁ H A LAU NBRENNE R ĆWICZENIA PRAKTYCZNE Z FIZYKI KURS ŚREDNI WARSZAWA WYDAWNICTWA SZKOLNE i PEDAGOGICZNE

2 Okładka Stanisław Szczuka Redaktorzy Maria Boniecka, Halina Unatowska Redaktor techniczny Stefania Rzęcka Korektorzy Bogusława Biernacka, Witold Darmetko Przystosował do układu SI i uzupełnił ćwiczeniami Juliusz Domański (54, 59, 66, 124, 131, 132, 138, 140, 141, 152, 153, 154, 157, 158, 161, 178, 179, 180, 181, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 248, 249, 250, 252, 253, 254, 258, 259, 260, 261, 262, 263, 267, 269, 274, 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 285) Copyright by Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Warszawa 1952 Książka zatwierdzona do użytku szkolnego Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1982 Wydanie siódme zmienione i poprawione Nakład egz. Ark druk. 48,75; wyd. 56,72 Oddano do składania 7.V.1979 r. Podpisano do druku 11.XII.1981 r. Druk ukończono we wrześniu 1982 r. Papier druk 70x100 cm, 71 g, kl. V Zakłady Graficzne WSiP w Bydgoszczy

3 SPIS TREŚCI Przedmowa... 3 Podstawowe wiadomości o pomiarach fizycznych... 5 Rozdział I. Pomiary podstawowe Mierzenie długości z dokładnością do 1 mm za pomocą przydziału metrowego Ważniejsze błędy popełniane przy mierzeniu długości Mierzenie długości z dokładnością do 0,1 mm za pomocą suwmiarki Mierzenie długości z dokładnością do 0,01 mm za pomocą mikrometru Mierzenie długości z dokładnością do 0,001 mm za pomocą sferometru Mierzenie długości linii krzywych Mierzenie kątów. Wyznaczanie kierunku pionowego i poziomego Wyznaczanie pól i objętości brył o foremnych kształtach geometrycznych Mierzenie objętości za pomocą naczyń miarowych Mierzenie masy za pomocą wagi Mierzenie czasu Pomiar częstotliwości szybkich periodycznych procesów mechanicznych za pomocą stroboskopu Układy jednostek podstawowych Rozdział II. Mechanika cz. I Statyka ciała sztywnego 13. Statystyczny pomiar siły. Cechowanie wagi sprężynowej. Metody graficzne przedstawiania wyników pomiarów Siła jako wielkość wektorowa. Warunki równowagi sił działających na ciało sztywne. Zasada równoległoboku sił Wypadkowa sił działających na ciało sztywne wzdłuż prostych wzajemnie równoległych Wyznaczanie środka ciężkości ciał stałych Moment siły. Prawo momentów Dźwignia Wyznaczanie gęstości ciał stałych Wyznaczanie gęstości wody Wyznaczanie gęstości ciał ciekłych i sypkich za pomocą piknometru Statyka cieczy (hydrostatyka) 22. Wyznaczanie gęstości względnych cieczy za pomocą naczyń połączonych Wyznaczanie gęstości względnych cieczy mieszających się ze sobą Prawo Archimedesa Wyznaczanie gęstości względnych ciał stałych na podstawie prawa Archimedesa Wyznaczanie gęstości względnych ciał ciekłych na podstawie prawa Archimedesa Wyznaczanie gęstości względnych ciał stałych za pomocą ważki Jolly ego Pływanie ciał. Sporządzanie areometru Statyka gazów (aerostatyka) 29. Barometr, odczytywanie jego stanu i uwzględnianie poprawek Sprawdzanie prawa Boyle a-mariotte a za pomocą rurki Meldego... 88

4 31. Sprawdzanie prawa Boyle a-mariotte a za pomocą rurki kształtu litery J Sprawdzanie prawa Boyle a-mariotte a za pomocą naczyń połączonych Kinematyka. 33. Ruch prostoliniowy jednostajny. Składanie prędkości Wyznaczanie prędkości pocisku Ruch prostoliniowy jednostajnie przyspieszony. Pojęcie przyspieszenia Droga w ruchu prostoliniowym jednostajnie przyspieszonym Badanie ruchu prostoliniowego jednostajnie przyspieszonego za pomocą rynienki Swobodne spadanie ciał. Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego na podstawie swobodnego spadania ciał Badanie swobodnego spadania ciał Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego przez mierzenie czasu spadania za pomocą wahadła Składanie ruchów. Rzut poziomy i ukośny Dynamika. 43. Dynamiczny pomiar siły Trzecia zasada dynamiki Właściwości wektorowe sił Tarcie. Wyznaczanie współczynnika tarcia kinetycznego Tarcie. Wyznaczanie współczynnika tarcia statycznego Praca, moc, energia 48. Maszyny proste Sprawność maszyn prostych. Kołowrót Równia pochyła Rozdział III. Mechanika cz. II Ruchy krzywoliniowe. Moment bezwładności. 51. Ruch po okręgu. Siła dośrodkowa Ruch obrotowy ciała sztywnego wokół stałej osi. Moment bezwładności Wyznaczanie momentu bezwładności krążka osadzonego na osi Wyznaczanie momentu bezwładności na podstawie drgań mechanicznych Wyznaczanie momentu i ramienia bezwładności walca względem jego osi geometrycznej przez obserwację staczania się walca po równi pochyłej Ruch drgający. 56. Ruch drgający ciała zawieszonego na sprężynie Wahadło matematyczne. Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego Wahadło fizyczne Sprawdzanie słuszności twierdzenia Steinera za pomocą wahadła fizycznego Wahadło rewersyjne Wyznaczanie momentu bezwładności długiego pręta względem osi doń prostopadłej i przechodzącej przez jego koniec oraz sprawdzenie wzoru na okres wahadła fizycznego Zasada zachowania pędu. Wahadło balistyczne Wahadło balistyczne. Sprawdzenie zasady zachowania pędu

5 64. Drgania słupów cieczy Drgania złożone. Figury Lissajous Obserwacje krzywych Lissajous za pomocą oscyloskopu Właściwości sprężyste ciał stałych. 67. Odkształcanie ciał stałych. Badanie wydłużenia i wyznaczanie modułu Younga Zginanie prętów Skręcenie prętów Rozdział IV. Aerodynamika Badanie oporu powietrza za pomocą karuzeli aerodynamicznej Badanie oporu powietrza za pomocą tunelu i wagi aerodynamicznej Badanie oporu powietrza za pomocą suszarki elektrycznej Wykazanie zależności oporu powietrza od kształtu ciała Wykazanie siły aerodynamicznej działającej na ciała poruszające się w powietrzu Doświadczenia ilustrujące występowanie siły aerodynamicznej Działanie śmigła i sterów samolotu Rozdział V. Molekularna budowa ciał Próba wyznaczenia rozmiarów molekuły i obliczenie liczby Avogadra Spójność i przyleganie Napięcie powierzchniowe cieczy Wyznaczanie napięcia powierzchniowego w błonie mydlanej Wyznaczanie napięcia powierzchniowego wody za pomocą spadających kropel Wyznaczanie napięcia powierzchniowego wody na podstawie jej wzniesienia w rurkach włoskowatych Dyfuzja. Ruchy Browna Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy Krystaliczna budowa ciał stałych Powstawanie kryształów Rozdział VI. Ciepło Termometria 87. Sporządzanie i cechowanie termoskopu Sprawdzanie punktów zasadniczych na termometrze rtęciowym Porównywanie termometrów Rozszerzalność cieplna ciał 90. Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej metali Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej w sposób bezpośredni Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności objętościowej cieczy Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności objętościowej cieczy na podstawie prawa Archimedesa Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności objętościowej wody w określonym zakresie temperatur powyżej +4 o C

6 95. Rozszerzalność cieplna wody Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności objętościowej powietrza ogrzewanego pod stałym ciśnieniem Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności objętościowej powietrza ogrzewanego pod stałym ciśnieniem Wyznaczanie współczynnika rozprężliwości termicznej powietrza ogrzewanego w stałej objętości Kalorymetria i ruch ciepła 99. Ogrzewanie metodą mieszania z ciałem o wyższej temperaturze Ostyganie. Prawo ostygania Newtona Zależność szybkości ostygania od rodzaju powierzchni ciała Kalorymetr wodny. Wyznaczanie ciepła właściwego metali Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy na podstawie szybkości ostygania Wyznaczanie wysokich temperatur metodą kalorymetryczną Rozkład temperatur w płomieniu palnika Bunsena Przewodzenie ciepła. Wyznaczanie współczynnika cieplnego metali Gotowanie na gazie Zmiany stanu skupienia ciał 109. Zjawisko topnienia. Wyznaczanie temperatury topnienia naftaliny Wyznaczanie ciepła topnienia lodu Zjawisko wrzenia. Wyznaczanie temperatury wrzenia wody Zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia zewnętrznego Wyznaczanie ciepła parowania wody Wyznaczanie ciśnienia pary nasyconej alkoholu w różnych temperaturach Destylacja wody. Destylacja mieszanin. Frakcjonowanie Higrometria. Wyznaczanie wilgotności powietrza Wyznaczanie gęstości pary eteru metodą Dumasa Roztwory. Krystalizacja Wyznaczanie ciepła rozpuszczania salmiaku Wyznaczanie ciepła rozpuszczania kwasu siarkowego w wodzie Wyznaczanie masy molekularnej rozpuszczonej w wodzie soli kuchennej na podstawie obniżenia temperatury krzepnięcia roztworu Rozdział VII. Ruch falowy Pokaz fal. Cechy fali harmonicznej Odbicie i załamanie fal Badanie fal mechanicznych za pomocą falownicy uniwersalnej Dyfrakcja i interferencja fal Fale stojące Rozdział VIII. Akustyka Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu Rura Kundta. Wyznaczanie prędkości rozchodzenia się dźwięku w szkle Wyznaczanie częstotliwości drgań widełek stroikowych Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą rezonansu

7 131. Wyznaczanie prędkości dźwięku metodą składania drgań wzajemnie prostopadłych Wyznaczanie prędkości dźwięku w prętach Drgania strun Wyznaczanie częstotliwości tonu widełek stroikowych przez dostrojenie do niego częstotliwości dźwięku struny Piszczałki zamknięte Rozdział IX. Elektryczność i magnetyzm Elektrostatyka 136. Prawo Coulomba Linie pola elektrostatycznego. Cechowanie elektroskopu Wyznaczanie linii równego potencjału Pojemność elektryczna. Wyznaczanie stałej dielektrycznej Wyznaczanie stałej dielektrycznej metodą wagi elektrostatycznej Doświadczenia z generatorem Van de Graaffa Ruch ładunków elektrycznych Prąd elektryczny 143. Prawo Ohma Zależność oporu elektrycznego od długości i przekroju przewodnika. Opór właściwy Opór elektryczny przewodników połączonych szeregowo i równolegle Spadek potencjału wzdłuż drogi prądu Mierzenie oporów metodą podstawiania Pomiar oporu elektrycznego mostkiem Wheatstone a Zależność oporu elektrycznego od długości i przekroju przewodnika wyznaczana mostkiem Wheatstone a Wyznaczanie oporu właściwego metali mostkiem Wheatstone a Opór elektryczny przewodników połączonych szeregowo i równolegle, mierzony mostkiem Wheatstone a Wyznaczanie pojemności metodą mostkową Wyznaczanie pojemności metodą aperiodycznego rozładowania kondensatora Wyznaczanie stałej dielektrycznej metodą mostkową Użycie boczników Zależność oporu elektrycznego metali czystych od temperatury Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą dwóch kalorymetrów Wyznaczanie sprawności garnka elektrycznego Charakterystyka żarówek Wyznaczanie temperatury włókna żarówki (wolframowej) Sprawność silnika elektrycznego Prądy termoelektryczne Elektrochemia 164. Elektroliza. Pierwsze prawo Faradaya. Sprawdzenie wskazań amperomierza za pomocą woltametru miedziowego Woltametr tlenowo-wodorowy. Drugie prawa Faradaya Woltametr tlenowo-wodorowy. Wyznaczanie elektrochemicznego równoważnika wodoru

8 167. Pomiar oporu właściwego elektrolitów prądem stałym Wyznaczanie przewodności właściwej elektrolitów Ogniwo Volty. Polaryzacja ogniw. Depolaryzatory Pomiar oporu wewnętrznego ogniwa Łączenie ogniw Pomiar siły elektromotorycznej ogniwa metodą kompensacyjną Pole magnetyczne prądu elektrycznego 173. Pole magnetyczne przewodnika prostoliniowego przewodzącego prąd stały Siły pola magnetycznego Pole magnetyczne w otoczeniu liniowego przewodnika z prądem Jaki związek zachodzi między wektorem indukcji magnetycznej pola magnetycznego w środku kołowego przewodnika z prądem a promieniem obwodu, liczbą zwojów i natężeniem prądu Pole magnetyczne solenoidu Badanie właściwości magnetycznych różnych ciał Zdejmowanie pętli histerezy Obserwacja pętli histerezy za pomocą oscyloskopu Wyznaczanie indukcji magnetycznej Siły działające pomiędzy dwoma równoległymi przewodnikami z prądem elektrycznym Galwanometry. Wyznaczanie oporu własnego i czułości galwanometru Galwanometr zwierciadłowy Budowa silnika elektrycznego prądu stałego Indukcja elektromagnetyczna 186. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Prądnice. Prąd stały i zmienny Doświadczenia z transformatorem Pojemność w obwodzie prądu zmiennego Indukcja własna w obwodzie prądu zmiennego Wyznaczanie współczynnika indukcji własnej Wyznaczanie współczynnika indukcji własnej metodą mostkową Przesunięcia fazowe w obwodach RLC prądu zmiennego Rezonans napięć i prądów Krzywa rezonansu. Wyznaczanie indukcyjności zwojnicy Wyznaczanie względnej przenikalności magnetycznej Zależność przesunięcia fazowego od obciążenia transformatora Rozdział X. Drgania i fale elektromagnetyczne Właściwości fal elektromagnetycznych Dipol iskrowy jako obwód drgający otwarty. Właściwości fal elektromagnetycznych Radioodbiorniki kryształkowe Lampa elektronowa 201. Charakterystyka i niektóre zastosowania lampy elektronowej dwuelektrodowej, czyli diody

9 202. Lampa elektronowa trójelektrodowa (trioda). Charakterystyki statyczne i stałe triody Wyznaczanie prędkości maksymalnej termoelektronów Trioda jako wzmacniacz małej częstotliwości Trioda jako detektor i wzmacniacz. Budowa audionu Rozładowanie kondensatora. Drgania gasnące Trioda jako generator drgań niegasnących o częstotliwości akustycznej Generator drgań wielkiej częstotliwości i niektóre właściwości fal elektromagnetycznych Wykorzystanie fal elektromagnetycznych do przekazywania informacji. Nadajnik i odbiornik fal modulowanych Prędkość fal elektromagnetycznych w dielektryku Mikrofale 211. Odbicie i załamanie mikrofal Dyfrakcja i interferencja fal elektromagnetycznych Polaryzacja fal elektromagnetycznych Skręcenie płaszczyzny polaryzacji Wyznaczenie współczynnika załamania i względnej stałej dielektrycznej cieczy Rozdział XI. Optyka Fotometria 216. Fotometr cieniowy Fotometr Bouguera-Ritchiego Fotometr Bunsena Fotometr Lummera-Brodhuna Pomiar rozkładu światła w zależności od kierunku emisji światłości Badanie przejrzystości ciał Wielkości i jednostki fotometryczne Optyka geometryczna 223. Odbicie światła Pomiar kąta łamiącego pryzmatu na podstawi praw odbicia Zwierciadła wklęsłe Załamanie światła Pomiar współczynnika załamania cieczy Załamanie światła w pryzmacie. Pomiar współczynnika załamania szkła za pomocą pryzmatu przez wyznaczenie kąta najmniejszego odchylenia Pomiar współczynnika załamania szkła za pomocą pryzmatu, gdy kąt padania wynosi 0 o Pomiar kąta granicznego przy przejściu światła ze szkła do powietrza Własności soczewek Obrazy tworzone przez soczewki skupiające Sprawdzenie wzoru soczewkowego Powiększenia wywoływane przez soczewki skupiające Pomiar ogniskowej soczewki rozpraszającej Pomiar promieni krzywizny soczewki metodą optyczną Wady soczewek: aberracja sferyczna, aberracja chromatyczna, astygmatyzm

10 238. Narzędzia optyczne. Powiększenia lupy Powiększenie mikroskopu Budowa lunet Optyka fizyczna 241. Wyznaczanie długości fal świetlnych na podstawie doświadczenia Younga Wyznaczanie długości fal świetlnych na podstawie doświadczenia Younga przy użyciu prostych środków Pomiar długości fal świetlnych za pomocą zwierciadeł Fresnela Wyznaczanie długości fali światła, wysyłanego przez świecące pary sodu, za pomocą pierścieni Newtona Wyznaczanie długości fal świetlnych na podstawie dyfrakcji przy przejściu światła przez wąską szczelinę Wyznaczanie długości fal świetlnych na podstawie dyfrakcji na cienkim pręcie Wyznaczanie długości fal świetlnych par sodu za pomocą siatki dyfrakcyjnej Polaryzacja światła przez odbicie. Pomiar kąta polaryzacji Polaryzacja światła przez załamanie. Przyrząd polaryzacyjny. Sacharymetria Polaryzacja światła. Doświadczenia z wykorzystaniem polaroidów Substancje optycznie czynne. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji Dwójłomność kryształów i dwójłomność wymuszona Analiza widmowa. Spektroskop Doświadczenia z wykorzystaniem wiązki laserowej Rozdział XII. Półprzewodniki i elementy elektroniki Sporządzanie charakterystyki prądowo-napięciowej oporników nieliniowych Badanie termistora Badanie fotooporu Półprzewodniki. Charakterystyka diody półprzewodnikowej Badanie właściwości tranzystorów Badanie fotodiody Proste układy tranzystorowe Układy scalone Badanie tyrystora Badanie hallotronu Prostownik jedno- i dwupołówkowy Rozdział XIII. Fizyka atomowa i jądrowa Jonizacja gazów. Prądy elektryczne w gazach Prądy elektryczne w gazach rozrzedzonych Oscylograf katodowy Wyznaczanie stosunku e/m dla elektronu Kondensacja pary wodnej na jonach zawartych w powietrzu. Komora Wilsona Detekcja promieniowania za pomocą komory dyfuzyjnej Pomiar współczynnika lepkości cieczy na podstawie prawa Stokesa Wyznaczanie ładunku elektronu metodą Millikana Promieniotwórczość. Scyntylacja Licznik Geigera-Müllera Charakterystyk napięciowa licznika Geigera-Müllera

11 277. Doświadczenia z licznikiem Geigera-Müllera Kwantowy charakter promieniowania gamma Rejestrator śladów cząstek alfa za pomocą klisz fotograficznych Detekcja promieniowania za pomocą elektrometru Charakterystyka komory jonizacyjnej Badanie absorpcji promieni Roentgena Akceleratory cząstek naładowanych Zderzenie niecentralne dwóch sprężystych walców Potwierdzenie zasady zachowania pędu na podstawie fotografii zderzenia dwóch krążków o równych masach na podłożu o znikomym tarciu przy oświetleniu stroboskopowym Zjawisko fotoelektryczne. Kwantowa natura światła Wyznaczanie stałej Plancka za pomocą fotokomórki Widmo wodoru. Wyznaczanie stałej Rydberga Tablice stałych fizycznych Spis tablic stałych fizycznych Red. dokumentu: Tadeusz M. Molenda, Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński, 2010 r.