Промежутка времени и сорта частиц

Номер варианта	d1 (мм)	d2 (мм)	t (c)	Сорт	Объем
				красный	правый
				зелёный	левый
				красный	правый
				зелёный	левый
				красный	правый
				зелёный	левый
				красный	правый
				зелёный	левый

 

Таблица 2 - Результаты измерений и расчетов

 

t (с)	N (t)
10 (15)
20 (30)
30 (45)
40 (60)
50 (75)

 

Обработка результатов и оформление отчета 1. Вычислите и запишите в таблицы все указанные значения. 2. Используя формулу определите коэффициенты диффузии для каждого отверстия. Длина отверстия LОТВ = 3,7 см, объем сосуда V =20 см³. 3. Найдите среднее значение коэффициента диффузии и, используя соот-ношение D = , найдите среднюю скорость теплового движения v_ср частиц (λ_СР = 0,2 см). Вопросы и задания для самоконтроля 1. Что происходит с макросистемой при нарушении равновесия?2. Дайте определение явления переноса.3. Дайте определение явления диффузии.4. Чем обусловлена диффузия?5. В чем проявляется диффузия?6. Что такое самодиффузия?7. Что такое плотность тела?8. Что такое концентрация молекул (частиц)?9. Что такое длина свободного пробега частицы?10. Что такое эффективный диаметр и эффективное диаметр частицы?11. Какое уравнение связывает среднюю скорость с коэффициентом диффузии?

 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

 

 

Лабораторная работа № 3.1ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике ([1], § 104-110). Запуститепрограмму. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Цепи постоянного то-ка». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Про-читайте краткие теоретические сведения. Составьте конспект.

Цельработы:

1. Знакомство с компьютерным моделированием цепей постоянного тока.

2. Экспериментальное подтверждение законов Ома и Кирхгофа..

 

Время: 4 часа.

 

Краткая теория

Электрический ток— это явление упорядочен­ного (направленного) перемещения заряженных частиц в провод­нике под действием электрического поля.

Сила тока- равна отношению заряда , переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени , к этому интервалу времени. Закон Ома для участка цепи: сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению проводника ,где R - сопротивление проводника. Резистором называется устройство, обладающее заданным постоянным со-противлением. Напряжение на резисторе U R = IR . Закон Ома для неоднородного участка цепи: , где и - потенциалы концов участка, В; Е - ЭДС, действующая на данном участке цепи, В.Закон Ома для замкнутой цепи: где Е - суммарная ЭДС, действующая в цепи, В; R - суммарное сопротивление всей цепи, Ом; r- внутреннее сопротивление источника тока, Ом. Разветвленной цепью называется электрическая цепь, имеющая узлы. Узломназывается точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток,текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, счи-тается отрицательным.Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:∑ I k = 0. Второе правило Кирхгофа: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС.∑ I k Rk = ∑ E k . При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексом ток,протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узладо другого. Направление каждого тока выбирается произвольно. При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и ЭДС нужноприписывать знаки в соответствии с выбранным (как Вам удобно) направлени-ем обхода: 1) ток принято считать положительным, если он совпадает с направле-нием обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления. 2) ЭДС считается положительной, если ее действие (создаваемый ею ток) сов-падает с направлением обхода и отрицательной в противном случае.. Количество уравнений, составленных по первому правилу Кирхгофа должнобыть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количество независимых уравнений по второму правилу Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры. Методика и порядок измерений В данной лабораторной работе исследуется модель простейшей разветвлен-ной электрической цепи, состоящей из трех источников ЭДС, подключенныхпараллельно к одному резистору (нагрузке). 1. Закройте окно теории. Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регляторы и другие основные элементы. 2. Нарисуйте в конспекте эквивалентную схему цепи, расположив источникиодин под другим и учитывая наличие внутреннего сопротивления у каждогоисточника. 3. Укажите знаки ЭДС, направления токов в каждом участке и направ-ления обхода каждого замкнутого контура. 4. Составьте систему уравнений для нахождения токов в каждом участке. 5. Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений. Измерения 1. Соберите на экране заданную эквивалентную цепь. Для этого сначала щелк-ните левой кнопкой мыши над кнопкой ЭДС в нижней части экрана. Перемес-тите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Ориенти-руйтесь на рисунок схемы в описании данной ЛР. Щелкните левой кнопкоймыши в рабочей части экрана, где будет расположен первый источник ЭДС Пе-реместите маркер мыши вниз на одну клетку и снова щелкните левой кнопкойпод тем местом, где расположился первый источник. Там появится второй ис-точник ЭДС Аналогично разместите и третий источник.2. Разместите далее последовательно с каждым источником резистор, изобра-жающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно кнопку R внижней части экрана) и амперметр (кнопка А там же). Затем расположите рези-стор нагрузки и последовательно соединенный с ним амперметр. Под нагрузкойрасположите вольтметр, измеряющий напряжение на нагрузке.3. Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку проводавнизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы.Щелкните левой кнопкой мыши в точке, где проходит провод.4. Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкнителевой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой. Затем щелкните на данном эле-менте. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмитена левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величи-ну параметра и установите числовое значение, равное взятому из табл. 1 длявашей бригады.5. Установите сопротивления резистора нагрузки R = 1 Ом. Измерьте значениявсех токов и напряжения на нагрузке (щелкнув мышью по кнопке «Счет») и за-пишите их в таблицу по форме 1. Меняя сопротивление R, повторите измеренияпараметров и заполните таблицу по форме 1. Таблица 1- Значения ЭДС и внутреннего сопротивления источников

Номер варианта	Е1, Е2, Е3 (В)	r1 r2 r3 (Ом)
1	3,7, -2	2,1,1
2	4,-3,-8	1,3,1
3	3,6,-8	2,1,2
4	6,2,-8	1,1,2
5	-6,5,8	2,1,1
6	5,8,-4	1,2,1
7	-4,6,-7	1,1,2
8	8,-4,6	1,3,1

Таблица 2 - Результаты измерений

R (Ом)	I1 (A)	I2 (A)	I3 (A)	I (A)	U (В)
1
2
3
4
5
6

Обработка результатов и оформление отчета 1. Запишите для вашей цепи решение системы уравнений для всех токов в об-щем виде.2. Рассчитайте значения всех токов для каждого сопротивления нагрузки и за-пишите в таблицу по форме 2.3. Постройте график экспериментальной зависимости падения напряжения нанагрузке U от тока I через нее.4. Сформулируйте выводы по графику. Вопросы и задания для самоконтроля 1. Что такое электрический ток?2. Дайте определение величины (силы) тока.3. Дайте определение разности потенциалов (напряжения).4. Напишите формулу, связывающую разность потенциалов и напряжение.5. Что такое резистор?6. Напишите формулу для сопротивления последовательно соединенных рези- сторов.7. Напишите формулу для сопротивления параллельно соединенных резисто- ров.8. Напишите закон Ома для участка цепи9. Какой участок цепи называется неоднородным?10. Запишите закон Ома для неоднородного участка цепи.11. Какими характеристиками описывается источник ЭДС?12. Сформулируйте первое правило Кирхгофа. Какое свойство заряда он отра- жает?13. Запишите формулу для первого правила Кирхгофа.14. Сформулируйте второе правило Кирхгофа.15. Запишите формулу для второго правила Кирхгофа.16. Что такое узел электрической цепи?17. Что такое полная электрическая цепь?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.2Магнитное поле Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником ([2], §1-7). ЗапуститеПрограмму. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Магнитное поле прямо-го тока». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Про-читайте краткие теоретические сведения. Составьте конспект. Закройте внут-реннее окно, нажав кнопку с крестом справа вверху этого окна, и вызовите сна-чала эксперимент «Магнитное поле витка с током», а затем «Магнитное полесоленоида». Прочитайте и запишите в свой конспект необходимые краткие тео-ретические сведения.

Цельработы:

1.Знакомство с моделированием магнитного поля от различных источников.

2.Экспериментальное подтверждение закономерностей для магнитного поля прямого провода и кругового витка (контура) с током.

3. Экспериментальное определение величины магнитной постоянной.

 

Время: 3 часа.

 

 

 

Краткая теория

Магнитным полем (МП) называется форма материи, посредством которойосуществляется силовое взаимодействие между электрическими токами, междутоками и магнитами и между магнитами. Магнитное поле создается движущи-мися электрически заряженными частицами (зарядами). Если вблизи одной движущейся заряженной частицы будет находиться вторая движущаяся с такой же скоростью v заряженная частица, то на второй заряд будут действовать 2 силы: электрическая (кулоновская) FЭЛ и магнитная сила FМ, которая будет меньше электрической в раз, где с – скорость света. Для практически любых проводов с током выполняется принцип квазинейтральности: несмотря на наличие и движение заряженных частиц внутри про-водника, любой (не слишком малый) его отрезок имеет нулевой суммарныйэлектрический заряд. Поэтому между обычными проводами с током наблюда-ется только магнитное взаимодействие. Магнитная индукция- характеристика силового действия МП напроводник с током. Это векторная величина, обозначаемая символом B. Линии магнитной индукции- линии, в любой точке которых век-тор индукции МП направлен по касательной. Служат для графического изображения магнитного поля. В отношении МП действует принцип суперпозиции: индукция МП нескольких источников равна сумме индукций полей, создаваемых независимо каждымисточником Индукцию магнитного поля прямого бесконечно длинного проводника с током Линии магнитной индукции поля прямого проводника с током представляютсобой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярныхпроводнику, с центрами, расположенными на его оси. Индукция МП на оси кругового контура (витка) радиуса R с током I на рас-стоянии r от центра: где pм = IS - магнитный момент витка площадью S; - единичный вектор нормали к плоскости витка. Соленоидом называется длинная прямая катушка с током. Величина индук-ции МП вблизи центра соленоида вдали от его концов меняется очень мало. Та-кое поле можно считать практически однородным.Формула для индукции МП в центре соленоида:B = μ0In , где n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида. Методика и порядок измерений Закройте окно теории. Рассмотрите внимательно рисунок, изображающийкомпьютерную модель. Найдите на них все основные регуляторы и поля экспе-римента. Составьте конспект. Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений Измерения Таблица 1 - Значения силы тока

Номер варианта	I1 (A)	I2(A)	I3(A)	I4(A)
1 и 5	5	10	15	20
2 и 6	-5	-10	-15	-20

 

Продолжение таблицы 1

3 и 7	-15	-10	5	10
4 и 8	-20	-15	-10	5

Эксперимент 1 Магнитное поле прямого провода с током.1.Запустите, дважды щелкнув мышью, эксперимент «Магнитное поле прямого тока». Наблюдайте линии индукции МП прямого провода.2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте вели- чину тока, указанную в табл. 1 для вашего варианта. 3. Перемещая мышью «руку» вблизи провода, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси провода, указанных в таблице 2. Значения r и B занесите в таблицу. Повторите измерения для трех других значений тока из табл.1.4.Сделайте рисунок для каждого значения r и силы тока. Таблица 2 - Результаты измерений

r (cv)	2	3	4	5	6	7	8	9	10
B1 (Тл)
В2 (Тл)
В3 (Тл)
В4 (Тл)

Эксперимент 2 Магнитное поле кругового витка с током1. Закройте окно эксперимента 1, нажав кнопку в правом верхнем углу внут- реннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле кругового витка с током». Наблюдайте линии индукции МП кругового витка (контура). 2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте вели- чину тока, указанную в табл. 1 для вашего варианта.3. Перемещая мышью «руку» по оси витка, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси витка, указанных в табл. 1. Значения r и B занесите в таблицу 3. Повторите измерения для трех других значений тока из табл.1. 4.делайте рисунок для каждого значения r и силы тока. Таблица3 - Результаты измерений.

r (см)	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1/(R2+r2)3/2 (м-3)).
B1 (Тл)
В2 (Тл)
В3 (Тл)
В4 (Тл)

Эксперимент 3 Магнитное поле соленоида1. Закройте окно эксперимента 2, нажав кнопку в правом верхнем углу внут- реннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле соленоида». Наблюдайте линии индукции МП соленоида. 2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте вели- чину тока, указанную в таблице 1 для вашего варианта.3. Перемещая мышью «руку» по оси соленоида, нажимайте левую кнопку мы- ши на расстояниях r до оси соленоида, указанных в таблицы 1. Значения r и B занесите в таблицу 4. Повторите измерения для трех других значений тока из таблицы 1.4. Сделайте рисунок для каждого значения r и силы тока. Таблица 4 - Результаты измерений

r (cv)	2	3	4	5	6	7	8	9	10
B1 (Тл)
В2 (Тл)
В3 (Тл)
В4 (Тл)

Обработка результатов и оформление отчета 1. Вычислите и запишите в таблицы 2, 3 и 4 значения для второй строки.2. Постройте на одном листе графики зависимости индукции МП (B) прямого провода с током от обратного расстояния (1/r). B= f ( ) 3. На втором листе постройте графики зависимости индукции МП на оси со- леноида от расстояния до его центра. B=f (r)4. По тангенсу угла наклона графиков на первом листе определите маг- нитную постоянную, используя формулы (площадь витка S = πR2).5. Вычислите среднее значение магнитной постоянной.6. Для магнитного поля соленоида при каждом токе определите протяженность Δr области однородности, в которой индукция меняется не более чем на 10% от максимальной. Вычислите среднее значение области однородности.7. Запишите ответы и проанализируйте рисунки и график. Вопросы и задания для самоконтроля1. Что такое магнитное поле (МП)?2. Назовите источники МП.3. Какие силы действуют между движущимися зарядами?4. Во сколько раз магнитная сила меньше электрической для двух движу- щихся точечных электрических зарядов?5. Сформулируйте определение квазинейтральности проводов с током.6. Какие силы и почему действуют между проводами с током?7. Дайте определение линии индукции МП. Зачем их рисуют?9. Сформулируйте принцип суперпозиции для МП..10. Сформулируйте и запишите формулу для индукции МП прямого провода с током.11. Как выглядят линии индукции МП прямого провода с током?12. Сформулируйте и запишите формулу для индукции МП на оси кругового витка (контура) с током.13. Что такое магнитный момент витка с током?14. Какую форму имеет линия индукции, проходящая через центр витка с током?15. Что такое соленоид и для чего он используется?16. Чему равно магнитное поле в центре соленоида?17. Является ли МП внутри соленоида точно однородным?18. Как определить протяженность области однородности МП внутри соле- ноида?

.

 

Лабораторная работа № 3.3ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником ( п. 8-17). Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Электромагнитнаяиндукция».

Цельработы:

1.Знакомство с моделированием явления электромагнитной индукции (ЭМИ).

2.Экспериментальное подтверждение закономерностей ЭМИ..

Время: 4 часа.

Краткая теория Индукциейназывается явление возникновения одного поля (например, элек-трического) при изменении другого поля (например, магнитного).Электромагнитной индукцией называется явление возникновения электри-ческого поля при изменении магнитного поля. Закон электромагнитной индукции –ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность ограниченную контуром: =B Ток, который в этом случае появляется в контуре, называется индукцион-ным. Обозначая ЭДС индукции символом Е_i и используя закон Ома для полнойцепи, получим выражение для тока индукции I_ИНД = Е_i /R , где R – сопротив-ление контура. Применяя закон Ома для полной цепи получаем: Если имеется замкнутый контур с переменным током, тогда магнитное полес изменяющимся потоком создается собственным током в этом контуре, и в со-ответствии с законом ЭМИ в контуре возникает дополнительная ЭДС, назы-ваемая ЭДС самоиндукции. Явлением самоиндукции называется возникновение ЭДС самоиндукции припротекании по проводнику переменного тока. Закон самоиндукции: Е_si= -L , где L – индуктивность проводника, Гн; - промежуток времени, с; - изменение силы тока за время t. Методика и порядок измерений1. Закройте окно теории.2. В данной лабораторной работе используется компьютерная модель, в кото-рой изменяющийся магнитный поток возникает в результате движения прово-дящей перемычки по параллельным проводникам, замкнутым с одной стороны.3. ЗАДАЧА: Проводящая перемычка движется со скоростью v по параллельным прово-дам, замкнутым с одной стороны. Система проводников расположена в одно-родном магнитном поле, индукция которого равна В и направлена перпендику-лярно плоскости, в которой расположены проводники. Найти ток в перемычке,если ее сопротивление R, а сопротивлением проводников можно пренебречь. Решив задачу в черновике, получите уравнение для тока в общем виде.4. Подготовьте таблицы в черновике аналогичные таблице 2.Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений. Измерения 1. Запустите эксперимент, щелкнув мышью по кнопке «Старт». Наблюдайте движение перемычки и изменение магнитного потока Ф (цифры внизу окна) .2. Зацепив мышью, перемещайте движки регуляторов: • L –расстояния между проводами, м; • R – сопротивления перемычки, Ом; • В₁ – величины индукции магнитного поля, Тл; и зафиксируйте значения, указанные в табл. 1 и под ней для вашей бригады.3. Установив указанное в таблице 1 значение скорости движения перемычки, нажмите левую кнопку мыши, когда ее маркер размещен над кнопкой «Старт». Значения ЭДС и тока индукции занесите в таблицу 2. Повторите измерения для других значений скорости .4. Повторите измерения для двух других значений индукции магнитного поля, выбирая их из таблицы 1. Результаты запишите в таблицу 2.Таблица 1 - Значения характеристик

Номер варианта	R (Ом)	L (м)	B1 (Тл)	B2 (Тл)	B3 (Тл)
1	1	1	-0.03	0.04	0.09
2	2	1	-0.04	0.02	0.08
3	1	1	-0.05	0.01	0.07
4	2	1	-0.06	-0.02	0.1
5	1	0.7	-0.03	0.04	0.09
6	2	0.7	-0.04	0.02	0.08
7	1	0.7	-0.05	0.01	0.07
8	2	0.7	-0.06	-0.02	0.1

Таблица 2 - Результаты измерений

	-10	-8	-6	-4	-2	0	2	4	6	8	10
E1 (B)
I1 (мA)
E2 (B)
I2 (мA)
E3 (B)
I3 (мA)

Обработка результатов и оформление отчета 1. Постройте на одном листе графики зависимости тока индукции от скорости движения перемычки при трех значениях индукции магнитного поля2. Сделайте выводы по графикам и результатам измерений. Вопросы и задания для самоконтроля1. Что называется магнитным потоком?2. При каких условиях магнитный поток равен нулю?3. При каких условиях магнитный поток равен произведению индукции магнитного поля на площадь контура?4. Сформулируйте определение явления электромагнитной индукции.5. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.6. Какое поле является вихревым?7. Чем отличается электрическое поле, созданное точечным зарядом, от электрического поля, появляющегося при ЭМИ?8. Сформулируйте закон ЭМИ для замкнутого проводящего контура.9. При каких условиях возникает ЭДС самоиндукции?10. Сформулируйте определение явления самоиндукции.11. Сформулируйте словами закон самоиндукции.12. Назовите все способы создания переменного магнитного потока.13. Как изменяется со временем магнитный поток в данной работе?14. Как выглядит поверхность, через которую формируется переменный магнитный поток в данной работе?15. Какова зависимость магнитного потока от времени в данной работе?16. Как направлен вектор магнитной индукции в данной работе?

ОПТИКА

 

Лабораторная работа № 4.1