Описаны экспериментальные работы, входящие в программу физико-математических лицеев в рамках физического практикума. Пособие представляет собой попытку создания единого руководства для проведения практических занятий в классах и школах с углубленным изучением физики, а также для подготовки к экспериментальным турам олимпиад высокого уровня.

Вводный материал традиционно посвящен методам обработки экспериментальных данных. Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения. В экспериментальной части приводятся описания экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений. Приводятся образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений, рекомендации по методам обработки и представления результатов и требования к оформлению отчетов. В конце описаний предлагаются контрольные вопросы, ответы на которые учащиеся должны подготовить к защите работ.

Для школ и классов с углубленным изучением физики.

ВВЕДЕНИЕ

Физический практикум является неотъемлемой частью курса физики. Ясное и глубокое усвоение основных законов физики и ее методов невозможно без работы в физической лаборатории, без самостоятельных практических занятий. В физической лаборатории учащиеся не только проверяют известные законы физики, но и обучаются работе с физическими приборами, овладевают навыками экспериментальной исследовательской деятельности, учатся грамотной обработке результатов измерений и критическому отношению к ним.

Данное пособие представляет собой попытку создания единого руководства по экспериментальной физике для ведения занятий в физических лабораториях профильных физико-математических школ и лицеев. Оно рассчитано на учащихся, не обладающих опытом самостоятельной работы в физической лаборатории. Поэтому описания работ выполнены подробно и обстоятельно. Особое внимание уделено теоретическому обоснованию применяемых экспериментальных методов, вопросам обработки результатов измерений и оценки их погрешностей.

Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения. В экспериментальной части каждой работы приводятся описания экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений, образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений и рекомендации по методам обработки и представления результатов. В конце описаний предлагаются контрольные вопросы, ответы на которые учащиеся должны подготовить к защите работ.

В среднем за учебный год каждый учащийся должен выполнить 10–12 экспериментальных работ в соответствии с учебным планом.

Учащийся заранее готовится к выполнению каждой работы. Он должен изучить описание работы, знать теорию в объеме, указанном в описании, порядок выполнения работы, иметь предварительно подготовленный лабораторный журнал с конспектом теории и таблицами, а также, если это необходимо, иметь миллиметровую бумагу для выполнения прикидочного графика.

Перед началом выполнения работы учащийся получает допуск к работе.

Примерный перечень вопросов для получения допуска:

1. Цель работы.

2. Основные физические законы, изучаемые в работе.

3. Схема установки и принцип ее действия.

4. Измеряемые величины и расчетные формулы.

5. Порядок выполнения работы.

Учащиеся, допущенные к выполнению работы, обязаны следовать порядку выполнения строго в соответствии с описанием.

Работа в лаборатории заканчивается выполнением предварительных расчетов и обсуждением их с преподавателем.

К следующему занятию учащийся самостоятельно заканчивает обработку полученных экспериментальных данных, построение графиков и оформление отчета.

На защите работы учащийся должен уметь ответить на все вопросы по теории в полном объеме программы, обосновать принятую методику измерений и обработки данных, вывести самостоятельно расчетные формулы. Выполнение работы на этом завершается, выставляется окончательная итоговая оценка за работу.

Семестровая и годовая оценки выставляются при успешном выполнении всех работ в соответствии с учебным планом.

Курс "Экспериментальная физика" практически реализован на комплексном лабораторном оборудовании, разработанном Учебно-методической лабораторией Московского физико-технического института, включающем в себя лабораторные комплексы по механике материальной точки, механике твердого тела, молекулярной физике, электродинамике, геометрической и физической оптике. Такое оборудование имеется во многих специализированных физико-математических школах и лицеях России.

Коллектив авторов с благодарностью примет конструктивные замечания и предложения по улучшению курса в техническом и методическом планах.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.

Погрешности физических величин. Обработка результатов измерений.

Практическая работа 1. Измерение объема тел правильной формы.

Практическая работа 2. Исследование прямолинейного движения тел в поле земного тяготения на машине Атвуда.

Практическая работа 3. Сухое трение. Определение коэффициента трения скольжения.

Теоретическое введение к работам по колебаниям.

Практическая работа 4. Изучение колебаний пружинного маятника.

Практическая работа 5. Изучение колебаний математического маятника. Определение ускорения свободного падения.

Практическая работа 6. Изучение колебаний физического маятника.

Практическая работа 7. Определение моментов инерции тел правильной формы методом крутильных колебаний.

Практическая работа 8. Изучение законов вращения твердого тела на крестообразном маятнике Обербека.

Практическая работа 9. Определение отношения молярных теплоемкостей воздуха.

Практическая работа 10. Стоячие волны. Измерение скорости волны в упругой струне.

Практическая работа 11. Определение отношения ср/с ι? для воздуха в стоячей звуковой волне.

Практическая работа 12. Изучение работы электронного осциллографа.

Практическая работа 13. Измерение частоты колебаний путем исследования фигур Лиссажу.

Практическая работа 14. Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки.

Практическая работа 15. Определение сопротивления проводников компенсационным методом Уитстона.

Практическая работа 16. Переходные процессы в конденсаторе. Определение емкости.

Практическая работа 17. Определение напряженности электрического поля в цилиндрическом проводнике с током.

Практическая работа 18. Исследование работы источника в цепи постоянного тока.

Практическая работа 19. Изучение законов отражения и преломления света.

Практическая работа 20. Определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз.

Практическая работа 21. Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида.

Практическая работа 22. Исследование затухающих колебаний.

Практическая работа 23. Изучение явления резонанса в цепи переменного тока.

Практическая работа 24. Дифракция Фраунгофера на щели. Измерение ширины щели «волновым методом».

Практическая работа 25. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как оптический прибор.

Практическая работа 26. Определение показателя преломления стекла «волновым» методом.

Практическая работа 27. Определение радиуса кривизны линзы в эксперименте с кольцами Ньютона.

Практическая работа 28. Исследование поляризованного света.