Вид издания:
Автор: Толстик А.М.
Цена: 690.00 руб

 
Описание | Содержание | Примеры

Содержание

Лабораторные работы в сборнике организованы в четыре раздела.

  1. Механика
  2. Молекулярная физика
  3. Электричество и магнетизм
  4. Оптика

1. Лабораторные работы по механике

Цикл лабораторных работ по механике состоит из 5 тренажёров, в том числе 4 тренажера - по колебаниям.

Первая работа посвящена сложению взаимно перпендикулярных колебаний и изучению так называемых фигур Лиссажу. Эта работа обычно выполняется при помощи осциллографа, на экране которого электронный луч вырисовывает траекторию движения частицы. В компьютерном варианте можно дополнительно проследить влияние разности фаз складываемых колебаний на вид получающихся фигур.

Во второй работе изучаются колебания физического маятника и определяется его момент инерции путём измерения периода колебаний.

Третья работа посвящена исследованию затухающих и вынужденных колебаний пружинного маятника. Здесь строится амплитудная и фазовая резонансные кривые при различных коэффициентах затухания.

В четвёртой работе изучаются колебания связанных маятников, имеющих две степени свободы. Частоты нормальных колебаний определяются непосредственно, а также из изучения биений. Прослеживается зависимость нормальных частот от степени связанности маятников.

Пятая работа посвящена изучению движения тела в вязкой среде. В работе можно построить зависимость от времени пройденного пути и скорости, а также определить вязкость среды.

2. Лабораторные работы по молекулярной физике

Цикл компьютерных лабораторных работ по молекулярной физике состоит из 10-ти тренажёров.

Молекулярная физика - это тот раздел физики, который традиционно беден лабораторными работами, и во многом из-за того, что они требуют слишком дорогостоящего и сложного оборудования. При этом часто применяется имитация реальных процессов при помощи различных механических моделей, многие работы не наглядны. Кроме того, именно в молекулярной физике исследователями разработаны и наиболее интенсивно применяются методы молекулярной динамики, Монте-Карло, являющиеся научной основой учебных лабораторных работ. По этим причинам многие работы по молекулярной физике сами "напрашиваются" на моделирование.

В цикл вошли две работы по изучению броуновского движения, моделирующие знаменитые опыты Ж. Перрена [5], которые в начале нашего века привели к победе в умах исследователей молекулярной концепции строения вещества. В одной из этих работ изучается распределение броуновских частиц по высоте в поле тяжести Земли, по этим данным затем определяется постоянная Больцмана. В другой работе проверяется формула Эйнштейна-Смолуховского и определяется эта же мировая константа по величине среднего пробега броуновской частицы.

Две другие работы посвящены изучению фазовых переходов. Физика фазовых переходов является важнейшей и наиболее интенсивно разрабатываемой в науке частью молекулярной физики, в то же время именно этот раздел вызывает наибольшие трудности у студентов как в теории, так и на практике.

Первая из этих работ посвящена переходу "газ-жидкость". Она позволяет познакомить студентов с классическими опытами Т. Эндрюса [5], открывшего критическую точку и критическое состояние вещества. В работе проводится измерение объёмов жидкой и газообразной фаз, изучается зависимость теплоты парообразования от температуры.

Вторая работа знакомит студентов с переходом "порядок-беспорядок" в сплавах, который был открыт в двадцатых годах нашего века и одним из главных центров изучения которого является Томск. Существенно, что этот переход относится к превращениям второго рода, которые почти не рассматриваются в курсах общей физики.

Пятая работа моделирует классический опыт О. Штерна [5] по изучению равновесного распределения молекул по скоростям - распределения Максвелла. Распределение Максвелла по скоростям очень трудно воспринимается студентами, и лабораторная работа на эту тему важна для улучшения этого восприятия. Обычно в физическом практикуме изучение распределения молекул по скоростям осуществляется на механической модели, поэтому наша компьютерная модельная работа может полностью заменить механическую модельную работу.

3. Лабораторные работы по электричеству и магнетизму

В отличие от молекулярной физики, по разделу "Электромагнетизм" традиционно существует достаточно много обычных лабораторных работ, однако некоторые из них носят чисто измерительный характер и являются работами не столько по физике, сколько по электротехнике. Поэтому наглядные и физичные компьютерные работы могут удачно дополнить обычные.

В данный цикл вошли 5 работ по электромагнетизму.

Сюда относится работа "Изучение электростатического поля", в которой изучается геометрия электростатического поля, созданного системой точечных зарядов. Эта работа имеет довольно простой алгоритм, гармоничную структуру, поэтому она сама "напрашивается" на моделирование.

Представлена работа, имитирующая классический опыт Милликена [5], в котором был определён элементарный электрический заряд - заряд электрона - по движению заряженной капельки масла в электрическом поле и поле тяготения Земли.

В третьей работе изучается закон Ома, который здесь выступает как следствие большого числа хаотических столкновений упорядоченно движущихся под действием поля носителей тока друг с другом или с другими частицами.

Создана также лабораторная работа по изучению термоэлектронной эмиссии и протеканию тока в вакуумном диоде, в которой наглядно изображается движение электронов, электронное облако около катода, его рассасывание под действием приложенного электрического поля. В работе требуется построить вольт-амперную характеристику и проверить закон Богуславского-Ленгмюра.

В пятой работе этого цикла рассматривается поведение парамагнетиков в магнитном поле и изучается зависимость магнитной восприимчивости от температуры.

4. Лабораторные работы по оптике

Сборник содержит 3 работы по физической оптике.

В первой из них моделируется дифракция света на щели. Свет в этой работе представляется потоком частиц-фотонов, разлёт которых происходит вероятностным образом, а дифракционная картина является следствием множества попаданий частиц в разные места экрана. В работе исследуется зависимость вида дифракционной картины от отношения ширины щели к длине волны.

В другой работе изучается дисперсия света. По отклонению призмой лучей, соответствующих разным цветам спектра, исследуется зависимость показателя преломления от длины световой волны.

В третьей работе исследуется фотоэффект: снимается вольт-амперная характеристика фотоэлемента и измеряется задерживающее напряжение в зависимости от частоты света, а по виду этой зависимости определяется постоянная Планка.


Курс представлен в разделах: