Изучение статистических закономерностей

Содержание

Лабораторная работа №11. Изучение статистических закономер-

ностей.…………………………………………………………………….3

Лабораторная работа № 12. Определение коэффициента вязкости

воздуха..……………………………..…………………………………….15

Лабораторная работа № 14. Определение показателя адиабаты γ

методом Клемана и Дезорма…………………………………………..

Лабораторная работа № 15. Проверка закона возрастания энтро-

пии……………………………………………………………………….

Лабораторная работа №11

Изучение статистических закономерностей

Цель работы: изучение характера распределения дроби в установке Гальтона и распределения термоэлектронов по модулям скоростей.

Описание лабораторной установки и оборудования

В лабораторной работе выполняются два эксперимента.

Эксперимент 1. Исследование распределения дроби в горизонтальной плоскости при прохождении её через систему решёток.

Эксперимент проводится на установке, (так называемая доска Гальтона), схема которой приведена на рис. 1

Рис. 1 Схема экспериментальной установки

Она представляет собой плоский вертикальный ящик с прозрачной передней стенкой.

Через воронку в установку насыпают дробь, которая падая вниз через систему штырьков, попадает в ячейки. При соударении со штырьками происходит отклонение дробинок в горизонтальной плоскости, носящее случайный характер. С одной стороны установки имеется 3 ряда штырьков, с другой – 12. На прозрачные стенки ячеек нанесены деления, по которым можно определить уровень заполнения ячеек дробью.

Эксперимент 2. Исследование распределения термоэлектронов по модулю их скорости.

Эксперимент проводится на установке, электрическая схема которой, приведена на рис. 2.

Рис.2. Схема экспериментальной установки

 

Основной частью установки является электронная лампа, в которой катод - нить, натянутая по оси лампы, окружён цилиндрическим анодом. НН – нить накала подключается к источнику переменного напряжения. C помощью реостата Rн можно изменять величину тока накала i_н. При этом будет изменяться число термоэлектронов, испускаемых катодом в единицу времени.

Между анодом и катодом создаётся тормозящее поле, величину которого можно изменять с помощью потенциометра П. Изменяя задерживающее напряжение U, которое измеряется вольтметром V, можно снять зависимость анодного тока I, измеряемого амперметром А, от задерживающего напряжения. Из этой зависимости можно найти функцию распределения термоэлектронов по скоростям.

Общие сведения

Библиографический список

1. Рогачев Н.М. Курс физики: Учеб. пособие.-СПб.: Издательство «Лань», 2008. – 448с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. -7-е изд., стер. – Высш.шк., 2001.-542с.

3. Вентцель Е.С. «Теория вероятностей»М., «Наука», 1964. 576с.

4. Смирнов Н.В., Дунин – Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. М., 1969г., 512с.

5. Детлаф А.А., Яворовский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов.-2-е изд., испр. и доп.-М.: высш.шк., 1999.-718с.

Лабораторная работа № 12

Определение коэффициента вязкости воздуха

Цель работы: изучение явления внутреннего трения при ламинарном течении воздуха через капилляр.

Общие сведения

Вопросы для контроля

1. Что такое «явления переноса»? Какие конкретные физические процессы к ним относятся? Каков физический механизм протекания этих явлений?
2. Запишите уравнения для всех явлений переноса, сопоставьте их.
3. Что такое вязкость или внутреннее трение?
4. Как теоретически выражается коэффициент вязкости? От каких макропараметров и как он зависит для газов?
5. Для какого физического процесса может быть использовано уравнение Пуазейля? Что оно определяет?

 

Библиографический список

1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие.- Т.1.- М.: «Наука», 1977.- С. 251-257, 403-407.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов.- 7-е изд. стер.- Высш. шк, 2001.- С..

Лабораторная работа №14

 

Определение показателя адиабаты методом Клемана и Дезорма.

Цель работы: определение отношения теплоемкости воздуха при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объеме на основе экспериментального исследования термодинамических процессов в идеальном газе.

 

Общие сведения

Задание 1.

1.Накачайте воздух в баллон до тех пор, пока разность уровней жидкости в манометре не достигнет 200-250мм.

2.Выждав, когда уровни жидкости в манометре перестанут изменяться, сделайте отсчет разности уровней .

3. Быстро откройте кран и сразу закройте, как только уровни жидкости в манометре сравняются.

4. После перекрытия крана давление начнёт расти. Выждав, когда уровни жидкости в манометре перестанут изменяться, сделайте отсчет разности уровней .

5. Повторите пункты 1-4 не менее 5 раз (по указанию преподавателя). Необходимо следить за тем, чтобы начальная разность уровней была одинаковой во всех опытах. Полученные данные занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

	N			< >,

 

6. Рассчитайте для каждого измерения по формуле (12), среднее значение < > и среднюю квадратичную погрешность по формуле:

(15)

Рассчитайте доверительный интервал определения :

, (16)

где - число измерений, - коэффициент Стьюдента (определяется по справочной таблице, доверительная вероятность задается преподавателем).

Результаты расчетов занесите в таблицу 2.

7. Запишите окончательный экспериментальный результат как

.

8.Рассчитайте по формуле (9) теоретическое значение для воздуха и сравните его с экспериментальным.

 

 

Задание 2.

1. Выполните действия, указанные в пунктах 1,2 задания 1.

2. Быстро откройте кран, включив одновременно секундомер. Держите кран открытым в течение 5 секунд, затем закройте его. Выждав, когда давление установится, сделайте отсчет разности уровней h в манометре.

3.Повторите опыт с различными временами запаздывания не менее 5 раз, увеличивая время на 2-3 секунды в каждом опыте (по указанию преподавателя).

4. Результаты измерений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

, мм	t, c			...
, мм

 

5.Постройте по данным таблицы 3 график (см. рис. 3).

6.Продолжите график до пересечения с осью , найдите . Вычислите по формуле (14).

7. Рассчитайте экспериментальное значение по формуле (12) и сравните с теоретическим значением для воздуха, рассчитанным по формуле (9).

 

 

Задание 3.

Определение изменение температуры при адиабатическом расширении воздуха

1. Запишите по приборам в лаборатории комнатную температуру и атмосферное давление .

2. Запишите уравнение адиабатического процесса для состояний 1,2 на рис.2, используя формулу (3):

(17)

3. Найдите температуру Т в конце процесса адиабатического расширения

, где ( - плотность жидкости в манометре.

4. Рассчитайте изменение температуры .

5. Сделайте вывод о причине изменения температуры .

 

Вопросы для контроля.

1. Объясните ход эксперимента и результаты расчета.

2. Назовите процессы показанные на рис.2.

3.Запишите уравнения для вывода формулы (12).

4. Сформулируйте первое начало термодинамики.

5. Как выражается внутренняя энергия идеального газа через число степеней свободы молекул?

6.Как вычисляется работа расширения газа?

7.Дайте определения молярной, удельной теплоёмкостью? Как вычисляется количество теплоты ?

8.Как вычисляются молярные теплоемкости идеального газа в изобарном и изохорном процессах?

 

 

Библиографический список

1. Е.И. Иродов Физика макросистем основные законы. §1.2, 1.3, 1.6 Изд-во "Лаборатория базовых знаний", М. 2001г, 200с.

2. И.С.Булкин, И.И.Попова. Общий физический практикум молекулярная физика. Изд-во Московского университета, 1988г, 216с, стр. 109-114.

 

 

Лабораторная работа №15

ЗАДАНИЕ 1.

Общие сведения

Вопросы для контроля

1. Что такое «микропараметры» молекул? Примеры.
2. Что такое «макропараметры» тела? Примеры.
3. Что такое «микросостояние» и «макросостояние» термодинамической системы?
4. Что такое термодинамическая вероятность и какие числовые значения она может иметь?
5. Как связаны друг с другом термодинамическая вероятность и энтропия?
6. Что такое флуктуации термодинамической вероятности и энтропии? В каких случаях они имеют существенное значения и когда ими можно пренебречь?
7. Как в принципе изменяются термодинамическая вероятность и энтропия при переходе термодинамической системы из неравновесного состояния в равновесное?
8. Дайте определение второго начала термодинамики. Определите условия, при которых этот закон безусловно выполняется.

 

Библиографический список

1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие.- Т.1.- М.: «Наука», 1977.- С. 325-334.
2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов.- 7-е изд. стер.- Высш. шк, 2001.- С. 111-114.
3. Ивлиев А.Д. Физика: Учебное пособие.- СПб.: Издательство «Лань», 2008.- С. 402-409.

 

ЗАДАНИЕ 2.

В процессе теплообмена

Цель работы: проверка второго начала термодинамики на примере теплообмена двух тел.

 

Общие сведения

Вопросы для контроля

1. Дайте определение второго начала термодинамики.
2. Что такое энтропия? Как она связана с термодинамической вероятностью?
3. Как рассчитывается изменение энтропии? Рассчитайте изменение системы двух тел при теплообмене.
4. Почему при увеличении c_Tm_T в данном эксперименте изменение энтропии возрастает?

 

Библиографический список

1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие.- Т.1.- М.: «Наука», 1977.- С.§103.

2 Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов.- 7-е изд. стер.- Высш. шк, 2001.- §57, 58..

 

 

Содержание

Лабораторная работа №11. Изучение статистических закономер-

ностей.…………………………………………………………………….3

Лабораторная работа № 12. Определение коэффициента вязкости

воздуха..……………………………..…………………………………….15

Лабораторная работа № 14. Определение показателя адиабаты γ

методом Клемана и Дезорма…………………………………………..

Лабораторная работа № 15. Проверка закона возрастания энтро-

пии……………………………………………………………………….

Лабораторная работа №11

Изучение статистических закономерностей

Цель работы: изучение характера распределения дроби в установке Гальтона и распределения термоэлектронов по модулям скоростей.