В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 8
Текст из файла (страница 8)
2.5На передней панели установки находятся:кнопка «Сеть» (13) для включения питания электромагнита (220 В);кнопка «Пуск» (16) для отключения электромагнита.Порядок выполнения работыПеред началом измерения взвесить шары на аналитических весахили узнать их массы у лаборанта. Установить прибор устойчиво игоризонтально с помощью регулируемых опор 2. Шары должны49соприкасатьсявположенииравновесия,чтодостигаетсярегулировочным винтом 5. Удар должен быть центральным, чтодостигается регулированием длины нитей подвеса.Установить шкалы так, чтобы положение равновесия шаров былоблизко нулю каждой шкалы, закрепить шкалы. Зафиксироватьположения равновесия шаров в делениях шкал.Включить установку в сеть 220 В, нажать кнопку «Сеть» на панели.При этом должны загореться лампы цифрового индикатора.Измерить длину нитей подвеса (до центра шаров) линейкой.Измерения повторить три раза.
Найти среднее значение L ииспользовать его в расчетах.Упражнение 1.1. Подвесить на нити два шара с покрытием из пластилина.2. Отклонить первый шар до соприкосновения с электромагнитом11. Шар будет удерживаться магнитом. Отметить показания по шкале7 (рис.2.5).Определить угол отклонения шара 01 от начальногоположения.
(Одно деление шкалы - 1 ).3. Проверить, находится ли второй шар в состоянии покоя вположении равновесия (если нужно - придержать рукой).4. Нажать кнопку «Пуск». Произойдет неупругий удар шаров.5. Найти угол отклонения шаров после удара.6. Используя формулу (2.25) или (2.26), рассчитать потери энергии принеупругом ударе Е - энергию деформации. Из формулы (2.27) найти .7.
Повторить п.п 1...5 три раза для каждого значения угла 01 = 15 ,10 , 5 . Результаты занести в табл.2.2.Таблица 2.2Материалы шаров: пластилин - пластилин01№п.п123среднеезначениеград15ЕДж-град10ЕДжУпражнение 2.1. Заменить второй шар на металлический.-град5ЕДж-502. Повторить упражнение 1.3. Рассчитать потери энергии на неупругую деформацию поформулам (2.25) - (2.27) и результаты занести в табл.2.3.Таблица 2.3Материалы шаров: пластилин - металл01№п.п123среднеезначениеград15ЕДж-град10ЕДж-град5ЕДж-Контрольные вопросы1.
Почему в работе требуется, чтобы удар был центральным?2. Запишите кинетическую и потенциальную энергии шаров до ипосле удара.3. Запишите закон сохранения энергии для неупругого удара двухтел.4. Что такое энергия деформации, как она определяется в работе?5. Опишите методику определения в работе скоростей шаров до ипосле удара.51РАЗДЕЛ3Образ природы в классическом естествознании:континуальная концепция3.1. Модель поля и электродинамика МаксвеллаПоле составляет совокупность значений физической величины,характеризующей среду в каждой ее точке.Вещество и поле – фундаментальные понятия, на которых основанасовременная физическая картина мира. Понятие поля было введеноанглийским ученым М.
Фарадеем (1791-1867 г) и тесно связано сконцепцией близкодействия*.Любое поле описывается функцией, зависящей от координат ивремени, так называемой полевой или волновой функцией. Она даетматематическое выражение свойств поля и подчиняется некоторомууравнению†. Всякое изменение поля распространяется в пространствес конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме.При этом динамический характер описания процессов сохраняется:налицо однозначная зависимость между физическими величинами.Поля удобно представлять в виде силовых линий, линий тока,изотерм, изобар, эквипотенциальных поверхностей и т.д., они бываютскалярные и векторные, как показано в табл.3.1.Таблица 3.1Примеры полейСкалярные поляТемператур Т = Т(х, y, z, )Давлений Р = Р(х, y, z, )Концентраций n = n(х, y, z, )Векторные поляЭлектрическое поле EE(x, y, z, )B(x, y, z, ) Гравитационное поле g g(x, y, z, )Магнитное поле BИзучению электрического и магнитноголабораторные работы №№ 60, 64, 78.полейпосвященыСогласно концепции близкодействия взаимодействие между объектамиосуществляется посредством различных полей, непрерывно распределенных впространстве.*Модели поля применяются к различным областям жизни.
Например, вэкономике – это задачи о равновесии линейной модели экономики по аналогии сравновесием определенной физической системы.†52Наиболее полное выражение в рамках классической физики модельполя нашла в теории Максвелла, получившей впоследствии названиеклассической электродинамики. В 60-х годах ХIX века английскийфизик Джеймс Максвелл (1831-1879 г.) развил представления Фарадеяоб электромагнитном поле и математически описал модельэлектромагнитного поля.Согласно закону Фарадея любое изменение магнитного потокачерезпроводящийконтурприводитквозникновениюэлектродвижущей силы в контуре, и по контуру идет ток.
Это явлениеназывается электромагнитной индукцией.Для анализа явления электромагнитной индукции вводится понятиемагнитного потока. Магнитным потоком через поверхность Sназываетсяскалярнаяфизическаявеличина,определяемаясоотношениемBn dS ,(3.1)Sгде Вn – проекция вектора индукции магнитного поля на нормаль кэлементу поверхности dS.По закону Фарадея ЭДС электромагнитной индукции i в контуреопределяетсяскоростьюизменениямагнитногопотока,пронизывающего контурdили i.(3.2)idtЗнак «–» в законе (3.2) отражает правило Ленца: индукционный токвсегда направлен таким образом, что его собственное магнитное полепротиводействует изменению магнитного потока через контур.Изучение электромагнитной индукции проводится в лабораторныхработах №№ 65, 76.Возникновение тока в контуре обусловлено тем, что в результатеэлектромагнитной индукции на носители тока – заряды – действуютсторонние силы, т.е.
силы неэлектростатического происхождения.В этой связи Максвелл предположил, что всякое переменноемагнитное поле возбуждает в окружающем пространствепеременное электрическое поле, которое и является причинойвозникновения тока в контуре. Таким образом, сам контур играетвторостепенную роль, т.е. выполняет функцию своеобразного«прибора», обнаруживающего это электрическое поле.Более того, согласно Максвеллу, возможно и обратное: изменениеэлектрического поля должно вызвать появление в окружающемпространстве переменного магнитного поля.53Следовательно, в пространстве создается электромагнитное поле.Таким образом, из теории Максвелла вытекает существованиеэлектромагнитных волн – переменного электромагнитного поля,распространяющегося в пространстве с конечной скоростью. Этополе может распространяться как в среде, так и вакууме.
Вдальнейшем было доказано, что в вакууме эта скорость есть скоростьсвета с = 3·108 м/с.Заметим, что на более ранних этапах развития естествознанияпредполагалось, что для распространения электромагнитных волннеобходима некая среда – так называемый «эфир» (этот термин сдругим смыслом сохранился в радио и телевидении).Из теории Максвелла вытекает возможность «автономного»существования электромагнитного пол в пространстве и времени,как отдельного вида материи.3.2.
Электромагнитные волны, явления волновой оптикиОкончательное признание теория Максвелла получила после егосмерти, когда ее положения были подтверждены опытами ГенрихаГерца(1857-1894 г.).Герцустановилтождественностьэлектромагнитных и световых волн.На рис. 3.1 представлена шкала электромагнитных волн.УльтрафиолетовыелучиИнфракрасныелучиРентгеновскиелучиГамма лучи10–13Видимый свет3,5·10–7 – 8·10–7м–1110–8–710 10Радиоволны(м)–310410Рис.
3.1Как видно из рис.3.1 различают несколько основных диапазоновэлектромагнитных волн. Изучение электромагнитных волн в областивидимого диапазона и прилегающих областях (ультрафиолетовой иинфракрасной) осуществляется в волновой оптике.Важнейшие явления в волновой оптике: интерференция идифракция. Они широко используются в современной цивилизации; в54частности, широко применяются для контроля качества микросхем ипечатных плат, линз телескопов и т.д.*Интерференция – явление перераспределения интенсивности светапри наложении двух или нескольких волн, подчиняющихсяопределенным условиям.
В результате интерференции наблюдаетсятак называемая интерференционная картина, представляющая собойчередование светлых и темных полос различной формы. Анализинтерференционной картины позволяет определять малые размеры,например толщину пленки, показатели преломления различных сред имногое другое.Интерференция световых волн изучается в лабораторных работах№№ 109, 110.Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых прираспространении света в среде с неоднородностями, что приводит котклонениям от законов геометрической оптики.Большое практическое применение имеет дифракция света надифракционной решетке. Дифракционная решетка - это совокупностьбольшого числа щелей, разделенных непрозрачными промежутками.Если на дифракционную решетку падает не монохроматический†свет, то дифракционная картина будет представлять собой спектры полосразличного цвета.
На изучении дифракционного спектра основан, вчастности, спектральный метод анализа состава различных веществ.Дифракции света на дифракционной решетке исследуется влабораторной работе № 114.Вопросы по разделу 312. В чем заключаются понятие поля и концепция близкодействия?13. Приведите примеры скалярных и векторных полей.14.
Что такое магнитный поток?15. Сформулируйте закон электромагнитной индукции Фарадея.16. На каких принципах базируется классическая электродинамикаМаксвелла?17. Что называется электромагнитной волной?18. Приведите и объясните шкалу электромагнитных волн.19. Какие основные явления в волновой оптике Вы знаете? Назовитепримеры их применения.20. Что называется интерференцией света?21.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
