Przygotowana książka jest zbiorem 21 obszernych instrukcji do ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki, wykonywanych w Studenckim Laboratorium Fizyki Politechniki Radomskiej. Ze względu na różnorodność kierunków studiów, wykłady z fizyki mogą obejmować dość zróżnicowany materiał. W zależności od specyfiki danego kierunku, poszczególne partie materiału omawiane są bardziej lub mniej szczegółowo. Przystosowanie kursu fizyki do potrzeb kształcenia na danym kierunku wymaga także przygotowania różnorodnej tematyki ćwiczeń o różnym stopniu trudności ich wykonania. Pozwala to dokonywać wyboru ćwiczeń zgodnie z profilem studiów i czasem przewidzianym na laboratorium z fizyki w programach studiów.
Chcąc ułatwić studentom przygotowanie się do zajęć laboratoryjnych oraz pogodzić powyższe uwarunkowania, autorzy zdecydowali się napisać opracowanie w formie autonomicznych jednostek ćwiczeniowych. Każdy rozdział jest odrębnym opisem, nie wymagającym w zasadzie znajomości szczegółowej wiedzy wstępnej. Zawiera tekst wystarczający do zrozumienia idei ćwiczenia, metody jego wykonania i sposobu opracowania wyników pomiarów. Z tego też powodu, pomimo zbliżonej tematyki niektórych ćwiczeń, wybrane elementy teorii są omawiane niezależnie. Autorzy unikali dosłownych powtórzeń tego samego fragmentu tekstu w różnych instrukcjach. Niekiedy było to jednak konieczne. Sporadycznie występują też przypadki powoływania się w danej instrukcji na informacje przytaczane w innej instrukcji. Taka niezależność instrukcji ma na celu ułatwienie w przygotowaniu się studentów do ćwiczenia i opanowanie niezbędnych elementów wiedzy bez konieczności odwoływania się do różnych podręczników. Jednocześnie takie powtórzenie przyczynia się do utrwalenia najważniejszych elementów wiedzy.
Zbiór wszystkich instrukcji poprzedzono rozdziałem wstępnym, zawierającym wykład dotyczący wykonywania ćwiczeń i opracowywania ich wyników. Szczególny nacisk położono na określanie niepewności pomiarów i poprawną formę przedstawiania wyników. Uwzględnione zostały przy tym zalecenia Międzynarodowej Organizacji Metrologicznej (ISO).
Zdaniem autorów zastosowany w opracowaniach opis matematyczny i złożoność dokonywanych przekształceń są w większości dostosowane do poziomu wiedzy i umiejętności matematycznych studentów początkowych lat studiów. Pewną trudność stanowić może obliczanie pochodnych cząstkowych, dlatego też podano końcowe wzory na obliczanie niektórych wielkości, zwłaszcza niepewności pomiarowych. Stałe fizyczne potrzebne do obliczeń zostały zebrane osobno w tabeli podanej na końcu niniejszego opracowania. Podano je z dokładnością wymaganą w obliczeniach.
W II wydaniu uzupełniono niektóre elementy opisu teoretycznego, których brak sygnalizowany był przez czytelników czy też osoby nadzorujące wykonanie i opracowanie ćwiczeń. Zmieniono wiele rysunków, usunięto nieliczne błędy drukarskiej i udoskonalono pewne fragmenty tekstu aby uczynić je jeszcze lepiej zrozumiałymi.
Tadeusz Kaczor, Stanisław Nowak, Kazimierz Hibner
Spis treści:Od autorówINSTRUKCJA WSTĘPNAI. POMIARY. BŁĘDY I NIEPEWNOŚCI POMIAROWEI.1. Niepewności pomiarów bezpośrednich
I.1.1. Niepewności standardowe typu A
I.1.2. Niepewności maksymalne
I.2. Niepewności pomiarów pośrednich
I.2.1. Niepewności standardowe typu A dla pomiarów pośrednich
I.2.2. Niepewności standardowe typu B dla pomiarów pośrednich
I.2.3. Niepewności rozszerzone. Niepewność względna
II. WYKONYWANIE ĆWICZEŃ II. 1. Wykonanie pomiarów. Zapis wyników pomiarów
II.2. Opracowanie
II.2.1. Obliczenia wyników pomiarów pośrednich i niepewności
II.2.2. Zaokrąglanie i porównywanie wyników końcowych
II.2.3. Sporządzanie wykresów
II.2.4. Metoda najmniejszych kwadratów. Regresja liniowa
II.2.4.1. Program REGLINP
1. BADANIE RUCHÓW 1. 1. Kinematyka
1.2. Zasady dynamiki
1.3. Środek masy
1.4. Sprawdzanie zasad dynamiki
1.5. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
2. WSPÓŁCZYNNIK SPRĘŻYSTOŚCI2.1. Własności sprężyste ciał stałych
2.2. Prawo Hooke'a
2.3. Sprężyna śrubowa
2.4. Metody pomiarów
2.5. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
3. WAHADŁO FIZYCZNE 3.1. Dynamika bryły sztywnej
3.2. Moment siły
3.3. Moment bezwładności
3.4. Środek masy
3.5. Twierdzenie Steinera
3.6. Środek ciężkości
3.7. Wahadło fizyczne
3.8. Metoda pomiaru
3.9. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
4. GĘSTOŚĆ CIAŁ STAŁYCH 4.1. Pojęcie gęstości
4.2. Ciśnienie hydrostatyczne
4.3. Prawo Archimedesa
4.4. Metoda hydrostatyczna
4.5. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
5. LEPKOŚĆ CIECZY5.1. Zjawisko lepkości
5.2. Wzór Stokesa
5.3. Pomiar współczynnika lepkości
5.4. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
6. CHARAKTERYSTYKI DWÓJNIKÓW6.1. Dwójniki i ich charakterystyki
6.2. Prawo Ohma i opór elektryczny przewodników metalicznych
6.3. Model charakterystyki prądowo-napięciowej żarówki
6.4. Wykonanie pomiarów
6.5. Opracowanie wyników
7. KONDENSATOR7.1. Pole elektromagnetyczne
7.2. Kondensator i jego pojemność
7.3. Energia kondensatora
7.4. Ładowanie i rozładowanie kondensatora
7.5. Wykonanie badań procesów rozładowania kondensatora
7.6. Opracowanie wyników
8. OPÓR ELEKTRYCZNY PRZEWODNIKA8.1. Natężenie i gęstość prądu elektrycznego
8.2. Elementy klasycznej teorii przewodnictwa elektrycznego metali
8.3. Zależność oporu przewodnika od temperatury
8.4. Zasada działania mostka Wheatstone'a
8.5. Metoda pomiaru
8.6. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
9. OPÓR PÓŁPRZEWODNIKA9.1. Przewodnictwo elektryczne półprzewodników
9.2. Prawo Ohma i opór elektryczny
9.3. Mostek Wheatstone'a
9.4. Wykonanie pomiarów
9.5. Opracowanie wyników
10. ELEKTROMAGNES10.1. Pole magnetyczne
10.2. Siła Lorentza
10.3. Siła elektrodynamiczna
10.4. Zjawisko Halla
10.5. Własności magnetyczne materii
10.6. Elektromagnes
10.7. Cel i metoda wykonania zadania
10.8. Wykonanie pomiarów
10.9. Opracowanie wyników
11. WŁASNOŚCI TERMICZNE FERROMAGNETYKA11.1. Moment magnetyczny
11.2. Własności magnetyczne ciał
11.3. Wpływ temperatury na ferromagnetyk
11.4. Metoda pomiaru
11.5. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
11.6. Uzupełnienie. Model ferromagnetyka
12. OBWODY RLC12.1. Oscyloskop i pomiar różnicy faz sygnałów elektrycznych
12.2. Prąd przemienny
12.3. Spadki napięć w obwodach prądu przemiennego
12.4. Szeregowy obwód RLC
12.5. Równoległy obwód RLC
12.6. Pomiar przesunięcia fazowego w szeregowym obwodzie RLC
12.7. Opracowanie wyników pomiarów
13. TERMOPARA 13.1. Zjawisko termoelektryczne Seebecka
13.2. Topnienienie i krzepnięcie
13.3. Wykonanie pomiarów
13.4. Opracowanie wyników
14. TERMOEMISJA ELEKTRONÓW 14.1. Termoemisja elektronowa
14.2. Rozkład Maxwella - Boltzmanna
14.3. Prąd anodowy przy hamującym napięciu katoda-anoda
14.4. Napięcie międzyelektrodowe przy otwartym obwodzie anodowym
14.5. Wykonanie pomiarów
14.6. Opracowanie wyników
15. PRZEWODNICTWO CIEPLNE METALI 15.1. Struktura krystaliczna metali
15.2. Zjawisko przewodnictwa ciepła
15.3. Przewodnictwo cieplne metali
15.3. Związek między przewodnością elektryczną i cieplną metali
15.4. Metoda pomiaru
15.5. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
16. CIEPŁO WŁAŚCIWE 16.1. I zasada termodynamiki
16.2. Bilans cieplny
16.3. Metoda pomiaru
16.4. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
17. SIATKA DYFRAKCYJNA17.1. Rodzaje fal. Wielkości opisujące fale
17.2. Natężenie fali
17.3. Zasada Huygensa. Ugięcie fali
17.4. Interferencja światła na dwóch szczelinach
17.5. Siatka dyfrakcyjna
17.6. Metoda pomiaru
17.7. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
18. OGNISKOWA SOCZEWKI18.1. Odbicie i załamanie światła
18.2. Soczewki sferyczne
18.3. Konstrukcja obrazów w soczewkach. Równanie soczewki
18.4. Obrazy wytwarzane przez cienkie soczewki
18.5. Aberracja sferyczna
18.6. Wyznaczanie ogniskowej soczewki
18.7. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
19. SKRĘCENIE PŁASZCZYZNY POLARYZACJI ŚWIATŁA19.1. Polaryzacja fal świetlnych
19.2. Polaryzacja przez odbicie
19.3. Polaryzacja światła przy załamaniu na kryształach
19.4. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji
19.5. Zasada działania polarymetru
19.6. Budowa polarymetru
19.7. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
20. PRĘDKOŚĆ DŹWIĘKU20.1. Rodzaj e fal
20.2. Fale poprzeczne i podłużne
20.3. Wielkości opisujące fale
20.4. Równanie fali
20.5. Prędkość fal sprężystych
20.6. Metoda bezpośrednia pomiaru prędkości dźwięku w powietrzu
20.7. Metoda pośrednia
20.8. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
21. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE21.1. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
21.2. Fotokomórka
21.3. Badanie zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego
21.4. Wykonanie i opracowanie ćwiczenia
Tablica podstawowych stałych fizycznych StreszczenieSummary
