Przedmowa................................................ XI Część pierwsza. Informacje dla czytelnika............................. 1 1.1. W jaki sposób korzystać z podręcznika............................. 1 1.2. Podręczniki fizyki cytowane w doświadczeniach........................ 2 1.3. Podział pomiarów......................................... 3 1.. Przygotowanie do zajęć i pomiarów............................... 1.5. Wykonanie doświadczenia.................................... 6 Część druga. Sprzęt laboratoryjny.................................. 7 2. Elektryczne przyrządy laboratoryjne.................................. 7 2.1. Elementy elektroniczne układów pomiarowych......................... 7 2.1.1. Źródła prądu........................................ 7 2.1.2. Tradycyjny sprzęt elektryczny i elektroniczny...................... 10 2.1.3. Analogowe mierniki elektryczne............................. 20 2.1.. Oscyloskop katodowy................................... 2 2.2. *Przyrządy i układy cyfrowe................................... 25 2.2.1. *Komputer jako przyrząd pomiarowy........................... 25 2.2.2. Cyfrowe mierniki elektryczne............................... 33 2.2.3. *Rozszerzenie zastosowań woltomierzy cyfrowych................... 33 2.2.. *Oprogramowanie komputerowego zestawu pomiarowego................ 35 2.3. Sprzęt techniczny......................................... 37 2.3.1. Wytwarzanie pola magnetycznego............................ 37 2.3.2. Silniki elektryczne..................................... 0 2.3.3. Pompy próżniowe..................................... 3 2.3.. Kompresja gazu...................................... 5 2.3.5. Regulacja temperatury................................... 6 2.3.6. Tradycyjne źródła światła monochromatycznego..................... 9 2.3.7. Lasery............................................ 50 3. Bezpośrednie pomiary fizyczne.................................... 52 3.1. Pomiary długości, siły i masy................................... 52 3.1.1. Tradycyjne pomiary długości............................... 52 3.1.2. *Czujniki elektryczne do pomiarów długości....................... 55 3.1.3. *Pomiary kątów...................................... 57 3.1.. *Pomiary siły........................................ 59 3.1.5. Pomiary ciężaru lub masy................................. 61 Aneks 3.1.5. Wpływ wyporu płynu na wynik ważenia..................... 65 3.2. Bezpośrednie pomiary innych wielkości fizycznych....................... 66 3.2.1. Tradycyjne metody pomiaru czasu i częstości...................... 66 3.2.2. *Cyfrowe metody pomiaru czasu i częstości....................... 67
VI Spis treści 3.2.3. *Pomiary indukcji magnetycznej i pola magnetycznego................. 71 3.2.. *Przetworniki elektroakustyczne.............................. 72 3.2.5. Pomiary temperatury.................................... 73 3.2.6. Pomiary i regulacja ciśnienia............................... 75 3.3. Łączenie obwodów prądu elektrycznego............................. 78 3.3.1. Zasady bezpiecznej pracy z prądem............................ 78 3.3.2. Odczytywanie schematów i łączenie obwodów elektrycznych.............. 79 3.3.3. *Stosowanie tablic łączeniowych do budowania obwodów elektrycznych....... 86 Część trzecia. Mechanika........................................ 90. Wyznaczanie gęstości......................................... 90.1. Proste i tradycyjne metody wyznaczania gęstości........................ 90.2. Wyznaczanie gęstości metodą hydrostatyczną.......................... 93.3. Wyznaczanie gęstości za pomocą piknometru.......................... 95.. Wyznaczanie gęstości pary metodą Meyera........................... 99 5. Kinematyka; zderzenia......................................... 101 5.1. *Badanie ruchu jednostajnego i jednostajnie zmiennego za pomocą spadkownicy Atwooda. 101 5.2. Badanie zderzeń sprężystych i niesprężystych za pomocą wahadeł............... 10 5.3. *Wyznaczanie czasu trwania zderzenia kul i parametrów deformacji............. 107 5.. Badanie ruchu w układzie wirującym.............................. 110 6. Dynamika................................................ 113 6.1. Badanie zderzeń sprężystych za pomocą toru powietrznego................... 113 6.2. *Wspomagane komputerowo doświadczenia na torze powietrznym.............. 115 6.3. *Wyznaczanie popędu siły i zmiany pędu............................ 120 7. Własności sprężyste ciał stałych.................................... 123 7.0. Definicje podstawowych wielkości................................ 123 7.1. Proste metody badania własności sprężystych.......................... 125 7.2. Wyznaczanie modułu Younga z ugięcia belek.......................... 128 7.3. Wyznaczanie modułu sztywności drutu.............................. 131 7.. Wyznaczanie parametrów sprężystości drutu sprężyny spiralnej................ 136 8. Dynamika bryły sztywnej....................................... 1 0 8.0. Podstawowe prawa dynamiki bryły sztywnej.......................... 1 0 8.1. Proste metody wyznaczania momentu bezwładności....................... 1 2 8.2. *Badanie ruchu obrotowego bryły sztywnej........................... 1 5 8.3. Badanie ruchu precesyjnego giroskopu.............................. 152 8.. Wyznaczanie momentu giroskopowego.............................. 156 9. Przepływ płynów............................................ 158 9.0. Prawa przepływu płynów..................................... 158 9.1. *Wyznaczanie prędkości przepływu płynów........................... 161 9.2. Wyznaczanie współczynnika lepkości za pomocą wiskozymetrów różnych typów...... 163 9.3. Badanie oporu powietrza..................................... 169 9.. Wyznaczanie liczby Reynoldsa.................................. 173 Część czwarta. Elektryczność i magnetyzm............................. 175 10. Podstawowe pomiary elektryczne.................................. 175 10.0. Prawa przepływu prądu stałego................................. 175 10.1. Pomiar oporu elektrycznego za pomocą mostka Wheatstone a................ 177 10.2. Doświadczenia z tradycyjnymi miernikami elektrycznymi.................. 179 10.3. Badanie galwanometru..................................... 183 11. Elektrostatyka............................................. 186 11.0. Pole elektryczne......................................... 186
VII 11.1. Pomiar potencjału elektrycznego za pomocą sondy płomykowej............... 189 11.2. Wyznaczanie przenikalności elektrycznej próżni....................... 190 11.3. Wyznaczanie krzywej rozładowania kondensatora metodą tradycyjną............ 192 11.. *Wyznaczanie krzywej rozładowania kondensatora za pomocą zestawu komputerowego.. 19 12. Pomiary magnetyczne......................................... 197 12.0. Podstawowe wiadomości z magnetyzmu............................ 197 12.1. Pomiar pola magnetycznego.................................. 203 12.2. *Badanie pętli histerezy metodą ferrograficzną........................ 205 12.3. Wyznaczanie podatności magnetycznej metodą wagową................... 210 12.. Badanie krzywej pierwotnej namagnesowania za pomocą strumieniomierza......... 213 12.5. Badanie zjawiska Halla..................................... 216 13. Prąd przemienny............................................ 219 13.0. Prawa przepływu prądu przemiennego............................. 219 13.1. *Badanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej....................... 222 13.2. *Badanie przesunięcia fazowego i mocy w obwodach prądu przemiennego......... 227 13.3. Badanie prądu przemiennego i przesunięcia fazowego za pomocą oscyloskopu....... 230 13.. *Badanie zjawisk towarzyszących włączaniu i wyłączaniu cewki.............. 232 13.5. *Opór kondensatora lub cewki w obwodzie prądu przemiennego.............. 235 13.6. *Badanie transformatora.................................... 238 1. Ruch elektronów w próżni...................................... 2 2 1.0. Budowa i działanie lamp elektronicznych........................... 2 2 1.1. Badanie diody i wyznaczanie prędkości termoelektronów.................. 2 1.2. Badanie drgań relaksacyjnych................................. 2 7 1.3. Badanie lampy oscyloskopowej i wyznaczanie ładunku właściwego elektronu....... 250 Część piąta. Drgania i fale....................................... 256 15. Drgania mechaniczne......................................... 256 15.0. Ruch harmoniczny....................................... 256 15.1. *Badanie wahadła prostego................................... 259 15.2. *Badanie ruchu wahadła tłumionego.............................. 262 15.3. Doświadczenia z wahadłem fizycznym............................ 26 15.. *Badanie ruchu wahadeł sprzężonych............................. 267 15.5. *Badanie zjawiska rezonansu mechanicznego......................... 271 16. Drgania elektryczne.......................................... 276 16.0. Mechanizm drgań elektrycznych................................ 276 16.1. *Badanie tłumionych drgań elektrycznych za pomocą zestawu komputerowego lub oscyloskopu............................................... 279 16.2. *Rezonans w obwodzie prądu przemiennego......................... 282 16.3. *Badanie rezonansu w obwodach wysokiej częstości..................... 283 16.. *Badanie rezonansu obwodów drgań.............................. 287 17. Fale akustyczne............................................ 290 17.0. Matematyczny opis drgań i fal sprężystych.......................... 290 17.1. *Wyznaczanie prędkości dźwięku metodą czasu przelotu................... 292 17.2. *Pomiar długości akustycznej fali stojącej........................... 297 17.3. Analiza drgań struny...................................... 302 17.. *Analiza harmoniczna dudnień................................. 30 17.5. *Badanie zjawiska Dopplera.................................. 307 18. Fale elektromagnetyczne....................................... 310 18.0. Fale elektromagnetyczne. Mikrofale.............................. 310 18.1. Wyznaczanie długości mikrofal w powietrzu i w falowodzie................. 317 18.2. *Badanie dyfrakcji mikrofal.................................. 319
VIII Spis treści 18.3. *Pochłanianie i odbicie mikrofal................................ 321 18.. *Badanie efektu naskórkowego i wyznaczanie głębokości naskórkowej........... 32 19. Dyfrakcja i interferencja fal świetlnych............................... 328 19.1. Badanie dyfrakcji światła na szczelinach........................... 328 19.2. *Rozkład natężenia światła w obrazie interferencyjnym................... 33 19.3. Wyznaczanie długości fali linii widmowych za pomocą siatki dyfrakcyjnej......... 337 19.. Wyznaczanie promienia krzywizny soczewki wypukłej metodą pierścieni Newtona.... 31 20. Polaryzacja światła.......................................... 3 20.0. Zjawisko polaryzacji światła.................................. 3 20.1. Proste doświadczenia z polaryzacją światła.......................... 3 9 20.2. Badanie polaryzacji światła................................... 350 20.3. Badanie skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła...................... 353 20.. Badanie zjawiska Faradaya................................... 357 Część szósta. Termodynamiczne, elektryczne i optyczne własności materii......... 359 21. Własności cieplne ciał........................................ 359 21.0. Zasady kalorymetrii....................................... 359 21.1. *Metody wyznaczania pojemności cieplnej kalorymetru i ciepła właściwego ciał...... 360 21.2. *Wyznaczanie ciepła właściwego powietrza.......................... 362 21.3. *Wyznaczanie ciepła właściwego metali............................ 36 21.. Wyznaczanie stosunku Ś = c p /c V................................ 367 22. Przenoszenie ciepła.......................................... 369 22.1. *Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą stygnięcia................. 369 22.2. *Badanie przewodnictwa cieplnego.............................. 372 22.3. *Wyznaczanie względnej przewodności materiałów słabo przewodzących.......... 378 22.. *Badanie rozkładu widmowego światła żarówki........................ 381 22.5. Wyznaczanie współczynnika pochłaniania powierzchni metalu................ 38 23. Fizyka cząsteczkowa......................................... 386 23.1. Wyznaczanie napięcia powierzchniowego........................... 386 23.2. Badanie ruchów Browna.................................... 392 23.3. Wyznaczanie wilgotności powietrza.............................. 39 2. Zmiany stanu skupienia........................................ 397 2.1. *Wyznaczanie ciepła topnienia lodu metodą kalorymetryczną................ 397 2.2. Badanie izoterm gazu rzeczywistego.............................. 03 2.3. Wyznaczanie ciepła przemiany cieczy w gaz......................... 06 2.. Badanie zależności temperatury wrzenia od ciśnienia..................... 09 2.5. Badanie temperatury Curie ciał ferromagnetycznych..................... 10 25. Przewodnictwo elektryczne ciał stałych............................... 13 25.0. Model pasmowy przewodnictwa................................ 13 25.1. *Badanie przewodnictwa elektrycznego ciał stałych..................... 17 25.2. *Badanie diody półprzewodnikowej.............................. 20 25.3. *Badanie tranzystora...................................... 2 26. Zjawiska fotoelektryczne i termoelektryczne............................ 27 26.1. *Badanie przetworników optoelektronicznych i elektrooptycznych.............. 27 26.2. Wyznaczanie stałej Plancka za pomocą fotokomórki..................... 32 26.3. Badanie termoogniwa i przetworników termoelektrycznych................. 3 27. Przyrządy optyczne i elektrooptyczne................................ 37 27.0. Soczewki............................................. 37 27.1. Proste metody badania soczewek................................ 39 27.2. Badanie i zastosowanie mikroskopu.............................. 27.3. Wyznaczanie stężenia roztworu metodą kolorymetryczną................... 50
IX 27.. *Pomiary fotometryczne.................................... 53 28. Współczynnik załamania i dyspersja................................. 57 28.1. Wyznaczanie współczynnika załamania metodą kąta najmniejszego odchylenia....... 57 28.2. Badanie temperaturowej zależności współczynnika załamania cieczy za pomocą refraktometru 60 28.3. Wyznaczanie współczynnika załamania metodą interferometryczną............. 66 28.. *Pomiar prędkości światła metodą czasu przelotu....................... 69 29. Spektroskopia i fizyka atomowa................................... 71 29.1. Badanie widm emisyjnych i absorpcyjnych za pomocą spektrometru............ 71 29.2. Badanie widma atomu wodoru................................. 73 29.3. *Doświadczenie Francka Hertza................................ 75 29.. *Badanie rozpadu promieniotwórczego............................ 80 Część siódma. Tablice fizyczne.................................... 85 I. Jednostki międzynarodowego układu SI............................. 85 II. Przedrostki do tworzenia jednostek wielokrotnych i podwielokrotnych............ 86 III. Wymiary niektórych wielkości fizycznych w układzie SI................... 86 IV. Częściej stosowane jednostki pozaukładowe i ich związek z jednostkami układu SI..... 87 V. Momenty bezwładności jednorodnych brył........................... 88 VI. Wartości krytyczne rozkładu Studenta.............................. 89 VII. Stałe fizyczne........................................... 90 VIII. Układ okresowy pierwiastków.................................. 92 IX. Zależność niektórych własności wody od temperatury..................... 9 X. Gęstości wodnych roztworów niektórych ciał.......................... 9 XI. Własności mechaniczne ciał stałych............................... 95 XII. Niektóre własności mechaniczne cieczy............................. 95 XIII. Własności mechaniczne gazów.................................. 96 XIV. Wybrane własności cieplne ciał................................. 96 XV A. Tablice psychrometryczne.................................... 97 XV B. Zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia....................... 98 XVI. Opór właściwy i współczynniki temperaturowe oporu niektórych metali i stopów...... 98 XVII. Siła elektromotoryczna wybranych ogniw i akumulatorów................... 99 XVIII. Zależność siły termoelektrycznej termoogniwa Pt PtRh od różnicy temperatur........ 99 XIX. Zależność siły termoelektrycznej termoogniwa miedź konstantan od różnicy temperatur.. 99 XX. Podatność magnetyczna właściwa................................ 500 XXI. Niektóre własności ciał ferro- i ferrimagnetycznych...................... 500 XXII. Długości fali linii widmowych niektórych pierwiastków.................... 501 XXIII. Współczynniki załamania i stałe Verdeta różnych ciał..................... 502 Skorowidz................................................. 503