В ЛАБОРАТОРИИ КАФЕДРЫ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

 

I. На каждое лабораторное занятие студент должен приносить с собой:

1) лабораторный журнал (толстая тетрадь большого формата);

2) физический практикум, в котором приведено описание выполняемой лабораторной работы;

3) счетный прибор (калькулятор), на котором можно вычислять логарифмы и тригонометрические функции;

4) несколько листов миллиметровой бумаги, размер которых должен быть не меньше 18х14 см (желательный размер — 19х28 см);

5) ручку (с синими, фиолетовыми или черными чернилами);

6) карандаш (ТМ и М) и резинку;

7) линейку.

II. Студент обязан являться в лабораторию подготовленным. Подготовка к лабораторной работе производится в часы самостоятельных занятий и включает в себя следующее.

1. Тщательное изучение описания лабораторной работы по физическому практикуму и расширенное знакомство по учебнику с теоретическим материалом, необходимым для сознательного выполнения работы. В результате студент должен понимать физическую сущность явлений, которые будут изучаться в предстоящем эксперименте; ясно представлять, что и каким методом будет измеряться, как устроена и работает экспериментальная установка. Необходимо иметь представление о порядках тех величин, которые будут измеряться в процессе работы.

Подготовленность к работе можно считать удовлетворительной, если студент может самостоятельно ответить на контрольные вопросы, которыми заканчивается описание каждой работы.

2. Оформление лабораторного журнала:

а) на новой правой странице журнала должны быть написаны номер и название лабораторной работы;

б) на следующей правой странице необходимо выписать основные формулы теории, выделив те, по которым производится вычисление определяемых в лабораторной работе величин; подготовить формулы для вычисления погрешностей (см.: Светозаров В.В. Основы обработки результатов измерений. М.: МИФИ, 1980).

Все записи в журнале аккуратно выполняются ручкой на правой странице журнала (левая предназначается для выполнения расчетов). Следует писать достаточно свободно, оставляя место для возможных исправлений;

в) изобразить с помощью карандаша и линейки схему экспериментальной установки (основные блоки и узлы без лишних подробностей);

г) подготовить таблицы для записи экспериментальных данных.

Таблицы нужно чертить с помощью карандаша и линейки. Желательный размер клетки: 1,5х2,5 см.

Если в лабораторном практикуме изображен рекомендуемый вид таблицы, то она чертится для полного числа измерений (в практикуме обычно показана часть таблицы). Если в задании требуется выполнить измерения, но нет указаний на таблицу, то студент рисует таблицу самостоятельно. При этом следует обратить внимание на количество измерений и число измеряемых величин. Каждую таблицу желательно чертить на новой странице, оставляя место над таблицей (около 5 см) и под таблицей (около 10 см). Над таблицей — место для записи названий приборов и их характеристик: классов точности, полного числа делений шкалы и предела измерений шкалы, на которых производятся измерения. Место под таблицей необходимо на случай, если потребуется выполнить дополнительные измерения. Если необходимо составить несколько таблиц или построить несколько графиков (рисунков), то их необходимо пронумеровать.

III. Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Выполнение работы начинается с детального изучения установки. Необходимо записать заводские номера и технические характеристики всех приборов (класс точности, пределы измерений и т.д.), определить цену деления прибора. При этом не разрешается крутить ручки приборов, так как можно сбить настройку. Включать установку и приступать к измерениям можно только с разрешения преподавателя. Студент не допускается к выполнению работы, если:

а) не оформлена предыдущая работа;

б) имеется более одной несданной работы;

в) отсутствуют необходимые записи в лабораторном журнале;

г) студент не может удовлетворительно ответить на контрольные вопросы преподавателя.

2. Получив разрешение преподавателя, студент приступает к выполнению работы, соблюдая правила техники безопасности.

3. Все записи необходимо делать только в лабораторном журнале и только ручкой. Использование дополнительных листков и карандаша для записи результатов измерений категорически запрещается.

4. Прежде чем приступить к серии измерений, обычно проводят прикидочные измерения. При этом проверяется соответствие хода экспериментальной зависимости теоретической (качественно), определяются пределы измерений, выполняется оценочный расчет искомых величин (на левой странице журнала). Если оценки совпадают с ожидаемыми, то выполняется основной эксперимент. Если нет совпадения, то следует проверить схему экспериментальной установки.

5. Данные основной серии записываются в таблицы. Запрещаются всякие черновые записи исходных данных. Запись отчетов производится в делениях шкалы измерительного прибора (без каких-либо пересчетов).

6. Если был записан ошибочный результат, то его следует аккуратно зачеркнуть.

7. Выполнив измерения, студент проводит расчет искомых величин и их погрешностей, строит указанные в заданиях графики.

8. Работа завершается написанием заключения, в котором указывается:

а) цель работы;

б) что и каким методом определялось;

в) окончательный результат измерений с указанием абсолютной и относительной погрешностей (для доверительной вероятности 0,7). Пример записи: сопротивление проводника R = (50,2±0,4) Ом, Е = 0,8 % (где 50,2 Ом — среднее значение сопротивления; 0,4 Ом — абсолютная погрешность, которая указывается с одной значащей цифрой, а для случая, когда первая значащая цифра 1 — с двумя; 0,8 % — относительная погрешность);

г) краткое обсуждение полученных результатов (в том числе всех графиков) и анализ погрешностей. Полученные значения следует сравнить с известными табличными значениями измеряемых величин. После заключения следует оставить около страницы свободного места на случай его возможной переделки.

9. Если студент не успевает получить зачет по работе в день ее выполнения, то необходимо получить подпись преподавателя в журнале, подтверждающую выполнение работы. В этом случае оформление работы необходимо закончить во внеаудиторное время. Какие бы результаты не были получены, студент обязан написать заключение по работе к следующему занятию.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

 

1. Качество оптических изображений, интерференционных и дифракционных картин, наблюдение которых лежит в основе практически всех работ практикума, существенным образом зависит от чистоты поверхности используемых оптических элементов — линз, призм, дифракционных решеток, оптических щелей, диафрагм, светофильтров. Поэтому следует уделять особое внимание мерам предосторожности при обращении с перечисленными элементами: не касаться их рабочих поверхностей пальцами, не класть стеклянные элементы на твердые поверхности столов, приборов. В случае обнаружения сильных загрязнений не пытаться удалить их самостоятельно, а обращаться к дежурному сотруднику.

2. Настройка большинства работ требует определенных навыков. Особенно это относится к работам, в которых для получения исследуемого оптического изображения между источником света и экраном на оптическую скамью устанавливается большое число промежуточных элементов — линз, зеркал, призм, диафрагм и т.д. Убедившись в том, что установка нуждается в перенастройке, выполняйте ее в следующей последовательности:

снимите с оптической скамьи все элементы, кроме источника света и экрана, на котором нужно получить изображение или интерференционную (дифракционную) картину (в некоторых работах, где используется окуляр-микрометр, таким «экраном» является его входное отверстие);

расположате источник света и экран на оптической скамье так, чтобы воображаемая линия, соединяющая их центры, была параллельной оптической скамье и проходила над ее продольной осью. Эта воображаемая прямая будет оптической осью собираемой схемы;

установите на оптическую скамью поочередно оптические элементы, контролируя совпадение их оптических центров с оптической осью схемы.

При недостаточно тщательном размещении элементов на оптической оси линия, соединяющая центры элементов, будет иметь вид не прямой, а ломаной, что неизбежно приведет к потере качества изображений и неудобствам в работе.

3. На многих установках для получения количественных результатов используется окуляр-микрометр (рис.1). Он представляет собой лупу Л, с помощью которой глаз рассматривает изображение, спроецированное на предметную плоскость ПП — прозрачную пластину с нанесенным на нее визирным крестом (или штрихом), приводимую в движение микрометрическим винтом МВ. При настройке окуляра-микрометра прежде всего необходимо устранить параллакс, который проявляется в смещении рассматриваемого изображения относительно визирного креста при покачивании головы в процессе наблюдения в окуляр. Для этого сначала, вращая оправу окуляра О, получите отчетливое резкое изображение визирного креста. Затем, перемещая окуляр-микрометр как целое вдоль оптической оси, добейтесь совмещения плоскости, в которой находится изображение изучаемого объекта, с предметной плоскостью окуляра. При этом будут одновременно хорошо видны четкие изображения объекта и визирного креста без какого-либо смещения друг относительно друга при покачивании головы.

4. В большинстве установок для обеспечения тех или иных перемещений применяются микрометрические винты — на окулярах-микрометрах, входных и выходных щелях, интерферометрах Рэлея, сахариметрах, гониометрах и др. Приступая к измерениям, внимательно ознакомьтесь со строением шкалы барабана данного винта, чтобы избежать грубых промахов при снятии отсчетов.

При снятии отсчета, в частности, с помощью окуляра-микро­метра следует использовать основную шкалу — ряд оцифрованных делений, находящихся в предметной плоскости ПП (рис.2).

При этом число делений основной шкалы ОШ, определяемое положением двойного штриха, отмечает целую часть отсчета (на рис.2 это число равно 4), число делений по шкале барабана Б образует дробную часть отсчета (на рис.3 это число равно 26). В итоге численное значение отсчета оказывается равным 4,26 мм.

Следует также иметь в виду, что все микровинты имеют некоторый люфт. Поэтому для уменьшения систематической погрешности при проведении серии измерений необходимо придерживаться правила: при установке нужного значения на шкале барабана микровинта приближение к этому значению производится в данной серии измерений всегда с одной и той же стороны: либо со стороны меньших, либо со стороны больших значений.

 

Рис.2	Рис.3

 

5. Некоторые работы проводятся на гониометре — приборе для точных измерений углов. Внешний вид гониометра показан на рис.4. Здесь 1 — микрометрический винт, регулирующий ширину входной щели коллиматора; 2 — фокусировочный винт коллиматора; 3 — его юстировочный винт; 4 — винты наклона столика; 5 — юстировочный винт зрительной трубы; 6 — ее фокусировочный винт; 7 — окуляр трубы; 8 — лупа, через которую производят отсчеты по шкале лимба, находящегося внутри прибора; 9 — маховичок отсчетного микрометра; 10 — рукоятка для самостоятельного вращения лимба.

 

 

Рис.4

 

Зрительная труба укреплена на подвижном кронштейне, который можно поворачивать вокруг вертикальной оси, проходящей через центр предметного столика. Поворот трубы осуществляется вручную после освобождения стопорного винта 11. При закрепленном винте 11 можно производить тонкое перемещение трубы винтом 12.

Рычажок 13 позволяет осуществлять совместное или раздельное перемещение трубы и лимба. Для совместного перемещения этот рычажок надо опустить.

Стопорный винт 14 служит для закрепления лимба на оси прибора. При этом винтом 15 можно осуществлять тонкое перемещение лимба. Стопорный винт 16 закрепляет столик с лимбом.

Таким образом, столик может вращаться самостоятельно, совместно с лимбом при неподвижной зрительной трубе и, наконец, совместно с лимбом и трубой.

 

Рис.5

 

Лимб гониометра снабжен шкалой с делениями (двойными штрихами). Цена деления 20¢. Оцифровка делений произведена через каждый градус. Отсчет производят через лупу 8. Для этого надо повернуть маховичок 9 так, чтобы верхние и нижние штрихи лимба в левом окне поля зрения лупы точно совместились, как показано на рис.5 (если вы повернули маховичок 9 до упора, а штрихи лимба не совместились, следует вращать его в противоположную сторону, ни в коем случае не прилагая усилия). Тогда число градусов равно видимой ближайшей, левой от вертикального индекса, цифре верхней шкалы (195). Число десятков минут — числу интервалов, заключенных между верхним двойным штрихом, соответствующим отсчитанному числу градусов, и нижним оцифрованным штрихом, отличающимся на 180°, т.е. 4.

Число единиц отсчитывают по шкале в правом окне поля зрения по левому ряду цифр (6). Число секунд — здесь же по правому ряду чисел (53) с помощью неподвижного горизонтального индекса.

Положение, показанное на рис.5, соответствует 195°46¢53¢¢. Приборная ошибка гониометра при измерении углов не превышает . Цена деления микрометрического винта входной щели — 0,01 мм.

Электромагнитные волны.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: