Физика. Лабораторный практикум. Часть 1

 

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ФСИН РОССИИ 

 
 

Кафедра математики и естественно-научных дисциплин 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ФИЗИКА.  

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 

 

Часть 1 

 
 
 

Практикум 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
Воронеж 

2021 

 

УДК 53(076.5) 
ББК  22.3 
         Ф43 
 

Утверждено методическим советом Воронежского института  

ФСИН России 17 ноября 2020 г., протокол № 3 

 

Р е ц е н з е н т ы : 

 

профессор кафедры физики и химии  

ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия  

им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина»  
доктор химических наук, доцент Н. Я. Мокшина; 

начальник кафедры основ радиотехники и электроники  

Воронежского института ФСИН России  

кандидат технических наук, доцент Р. Н. Андреев 

 

Физика. Лабораторный практикум. Часть 1 : практикум / 

сост. Н. А. Андреева, Е. В. Корчагина, Т. В. Меньших, А. В. Папонов ; 
ФКОУ ВО Воронежский институт ФСИН России. – 2-е изд., перераб. и 
доп. – Воронеж, 2021. – 160 с. 
 

Практикум содержит описания лабораторных работ по темам таких 

разделов дисциплины «Физика», как «Основы классической механики», 
«Электричество и магнетизм» и «Колебательные процессы». 

Лабораторный практикум имеет введение, которое содержит 

требования к подготовке, выполнению и отчету по лабораторным работам. 
Каждая лабораторная работа содержит теоретический материал, задания на 
экспериментальное 
исследование, 
контрольные 
вопросы 
для 

самостоятельной подготовки и рекомендуемую литературу. 

Практикум предназначен для курсантов, студентов и слушателей 

образовательных организаций. 

УДК 53(076.5) 
ББК 22.3 

 
 

 
 

© ФКОУ ВО Воронежский институт 
ФСИН России, 2021 
© Cоставление. Андреева Н. А., 
Корчагина Е. В., Меньших Т. В., 
Папонов А. В., 2021 

 
 

Ф43

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..5 

Лабораторная работа № 1. ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ…………..8 

Лабораторная работа № 2. ПОНЯТИЕ СОСТОЯНИЯ  

И ОПИСАНИЕ ДВИЖЕНИЯ. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ…………………….20 

Лабораторная работа № 3. ИМПУЛЬС ТЕЛА.  

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА И ЭНЕРГИЯ………………………………………39 

Лабораторная работа № 4. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ………...51 

Лабораторная работа № 5. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА  

ТВЕРДОГО ТЕЛА………………………………………………………………….64 

Лабораторная работа № 6. ЭЛЕКТРОСТАТИКА В ВАКУУМЕ.  

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЫ  

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ ДРУГ  

С ДРУГОМ. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ТОЧЕЧНОГО ЗАРЯДА………………74 

Лабораторная работа № 7. ЭЛЕКТРОСТАТИКА В ПРОВОДНИКАХ.  

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО  

ПОЛЯ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА…………………………………………..93 

Лабораторная работа № 8. МАГНИТОСТАТИКА В ВАКУУМЕ. 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО  

ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО ВИТКОМ С ТОКОМ………………………………101 

Лабораторная работа № 9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ  

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТОКОВ…………111 

Лабораторная работа № 10. МАГНИТОСТАТИКА В ВЕЩЕСТВЕ. 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ…………………………………………124 

Лабораторная работа № 11. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ……………….134 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………157 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...158 

 

 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

При современном интенсивном развитии новых сложных процессов и 

технологий физика все чаще выступает не только как их естественнонаучное 

обоснование, 
но 
и 
как 
повседневный 
рабочий 
инструмент. 
Растет 

насыщенность производства физическими методами контроля, расширяются 

масштабы использования в технике и технологиях новых физических эффектов 

и явлений. В настоящее время не может быть выдающихся технических 

решений без использования фундаментальных открытий. Это объясняет тот 

факт, что курс физики составляет основу теоретической подготовки инженеров 

и играет роль базы, без которой невозможна успешная его деятельность. 

Как известно, физика – наука экспериментальная. Математическая 

формулировка законов физики является следствием наблюдений, опытов. 

Проведение экспериментов требует от исследователя четкого представления о 

задачи 
исследования, 
обеспечения 
постоянства 
внешних 
условий 
по 

отношению 
к 
объекту 
исследования, 
однозначности 
интерпретации 

результатов, обеспечение необходимой точности измерений, повторяемости 

опыта. 

Выполняя лабораторные работы, обучающиеся приобретают навыки 

исследовательской, аналитической, проектировочной и конструкторской 

деятельности, обучаются самостоятельно воспроизводить и анализировать 

физические явления, закрепляют теоретические знания. 

Настоящий лабораторный практикум, первая его часть, является вторым 

изданием переработанным и дополненным. Основой этого издания является 

«Лабораторный 
практикум» 
для 
выполнения 
лабораторных 
работ 
по 

дисциплине «Физика» авторов Н.А. Андреева, С.Ю. Кобзистый, В.В. Корчагин. 

В данной части лабораторного практикума представлены лабораторные работы 

по 
темам 
таких 
разделов 
как 
«Основы 
классической 
механики»», 

«Электричество 
и 
магнетизм» 
и 
«Колебательные 
процессы». 
Каждая 

лабораторная 
работа 
содержит 
теоретический 
материал, 
задания 
на 

экспериментальное исследование и контрольные вопросы для самостоятельной 

подготовки. 

При выполнении лабораторных работ следует относиться к поставленной 

задаче как к научно-экспериментальному исследованию. В этом случае 

обучающийся 
может 
выработать необходимые 
исследователю 
навыки: 

понимание роли моделирования, умение абстрагироваться от второстепенных 

эффектов, умение делать качественные оценки, делать выводы и представлять 

полученные результаты. 

Лабораторный практикум для выполнения лабораторных работ по 

дисциплине 
«Физика»» 
предназначается 
для 
курсантов, 
студентов 
и 

слушателей, обучающихся по специальностям 10.05.02 Информационная 

безопасность 
телекоммуникационных 
систем, 
11.05.04 

Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи, и 

направлению подготовки 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и 

системы связи. Однако оно без ограничений также может быть использовано 

обучающимися других специальностей и направлений подготовки, изучающих 

дисциплину «Физика». 

 

Требования к подготовке, выполнению и отчету  

по лабораторным работам 

 

Перед выполнением лабораторной работы обучающийся должен изучить 

теоретический материал работы. Теоретическая подготовка для проведения 

физического эксперимента должна проводиться обучающимся в порядке 

самостоятельной работы. Особое внимание должно быть обращено на 

понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе 

приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся должен дать 

четкие, правильные ответы.  

При выполнении лабораторной работы измерение физических величин 

необходимо 
проводить 
в 
строгой, 
заранее 
предусмотренной 

последовательностью. 
Особое 
внимание 
обратить 
на 
точность 
и 

своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. 

Теоретическая подготовка и выполнение лабораторной работы завершается 

составлением отчета со следующим порядком записей:    

• название выполняемой работы; 

• цели работы; 

• краткое изложение теоретического материала; 

• описание эксперимента; 

• ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы); 

• результаты проведенных экспериментов в виде графиков и таблиц; 

• выводы и сравнение экспериментальных результатов с теорией. 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Лабораторная работа № 1. 

«ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ» 

 

Цель 
работы: 
экспериментальное 
изучение 
правил 
пользования 

измерительными приборами и определение погрешностей при измерениях. 

Используемое оборудование и принадлежности: 

– штангенциркуль; 

– микрометр; 

– набор деталей для измерения. 

 

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

 

1.1 Физические величины, их разновидности и единицы измерения 

 

Познание материального мира подразумевает численную характеристику 

его объектов и явлений и установление связи между ними. Отсюда вытекает 

объективная необходимость измерений.  

Под физической величиной понимается характеристика физических 

объектов или явлений материального мира, общая в качественном отношении 

множеству объектов или явлений, но индивидуальная для каждого из них в 

количественном отношении. 

Под значением конкретной физической величины понимается ее 

оценка, выражаемая произведением отвлеченного числа на принятую для 

данной физической величины единицу. 

Измерение – операция для определения отношения одной (измеряемой) 

величины к другой однородной величине, которая берётся за единицу. 

Получившееся значение будет численным значением измеряемой величины. 

Измерение физической величины опытным путем проводится с помощью 

различных средств измерений. 

Значение конкретной физической величины может быть представлено 

формулой  

Х = {Х} ⋅ [X], 
(1) 

где {X} – отвлеченное число, называемое числовым значением величины; [X] – 

принятая единица физической величины.  

Например, говорят, что давление атмосферного воздуха р = 95,2 кПа. 

Здесь 95,2 – отвлеченное число, представляющее числовое значение давления 

воздуха; кПа – принятая в данном случае единица давления (вернее, 

обозначение единицы давления – килопаскаля); 95,2 кПа – значение давления 

атмосферного воздуха. 

Количественное содержание характеристики физического объекта или 

явления называется размером физической величины. 

Под единицей физической величины понимают физическую величину, 

фиксированную по размеру и принятую в качестве основы для количественной 

оценки конкретных физических величин. 

Так, в качестве единиц длины применяют, в частности, метр, сантиметр, 

километр, астрономическую единицу, световой год, морскую милю, ангстрем, 

фут, ярд, дюйм. 

Одной из важнейших характеристик физической величины является ее 

размерность. Размерность физической величины отражает связь данной 

величины с величинами, принятыми за основные в рассматриваемой системе 

величин. 

Различают размерные и безразмерные величины. 

Размерной физической величиной называют такую величину, в 

размерности которой хотя бы один из показателей размерности не равен нулю. 

Например, плотность – размерная величина. 

Безразмерной физической величиной называют физическую величину, в 

размерности которой все показатели размерности равны нулю. Так, 

относительная плотность является безразмерной величиной (она равна 

отношению плотности данного вещества к плотности образцового вещества, 

например к плотности воды при температуре 3,98 °С, к плотности воздуха или 

водорода при нормальном атмосферном давлении и температуре 0 °С). 

Безразмерные 
величины 
могут 
быть 
относительными 
и 

логарифмическими. 

Относительные величины определяют как отношения двух величин 

одной и той же природы (например, КПД, относительное удлинение, магнитная 

восприимчивость, плоский и телесный углы, тригонометрические функции, 

коэффициент преломления, относительные атомная и молекулярная массы, 

массовая, объемная и молярная доли компонента в смеси). 

Логарифмическую величину определяют как логарифм (при том или 

ином основании) относительной величины (например, уровень звукового 

давления, уровень звуковой мощности, частотный интервал, усиление, 

ослабление). 

Кратной единицей называют единицу, в целое число раз большую 

системной или внесистемной единицы. Например, километр (1000  м),  

киловатт (103  Вт),  минута (60  с),  сутки (86 400 с), мегапаскаль (106 Па). 

Дольной единицей называют единицу, в целое число раз меньшую 

системной или внесистемной единицы. Например, миллиметр (10-3 м), 

нанометр (10-9 м), микросекунда (10-6 с), дюйм (1/12 фута), угловая секунда 

(1/3600 углового градуса). 

Кратные и дольные единицы от единиц общепринятой системы не 

являются единицами этой системы. Так, килоджоуль (103 Дж), мегаватт 

(106 Вт), миллиграмм (10-6 кг), микросекунда (10-6с) не являются единицами 

СИ, в то время как джоуль, ватт, килограмм, секунда – единицы СИ. 

Различают истинное и действительное значения физической величины. 

Под истинным значением физической величины понимают значение 

величины, 
которое 
стремятся 
найти 
в 
соответствии 
с 
поставленной 

измерительной задачей и которое абсолютно верно отражало бы эту величину. 

Действительным 
значением 
физической 
величины 
называется 

значение физической величины, найденное экспериментальным путем и 

настолько 
близкое 
к 
истинному 
значению, 
что 
для 
поставленной 

измерительной задачи может его заменить. 

В результате измерения может быть найдена только оценка истинного 

значения (а не само истинное значение), называемая действительным 

значением физической величины. 

 

1.2 Виды физических измерений 

 

Различают следующие виды измерения физических величин: прямые, 

косвенные, совокупные и совместные. 

Прямым измерением называют измерение физической величины, при 

котором входной измерительный сигнал уже содержит информацию об 

измеряемой 
физической 
величине, 
например 
измерение 
температуры 

физического объекта термометром, давления газа в сосуде манометром, 

атмосферного давления барометром, массы тела взвешиванием на рычажных 

весах. 

Косвенным измерением называют измерение физической величины, при 

котором искомое значение вычисляют с помощью известной зависимости 

между искомой величиной и величинами, подвергаемым прямым измерениям. 

Например, вычисление значения электрической мощности постоянного тока по 

показаниям амперметра и вольтметра, определение объема тела по прямым 

измерениям 
его 
геометрических 
размеров, 
определение 
удельного 

электрического 
сопротивления 
цилиндрического 
проводника 
прямыми 

измерениями длины, диаметра поперечного сечения и электрического 

сопротивления проводника. 

Под 
совокупным 
измерением 
понимают 
измерение 
нескольких 

одноименных физических величин, состоящее из прямых измерений различных 

сочетаний этих величин. Например, определение масс отдельных гирь по 

известному значению массы одной гири и разности масс нескольких 

целесообразно выбранных сочетаний гирь. 

Совместным измерением называют измерение, состоящее из прямых 

измерений нескольких физических величин в изменяющихся условиях и 

последующего нахождения зависимости между этими величинами. Например, 

определение температурной зависимости электрического сопротивления путем 

его измерения при различных температурах. 

 

1.3 Термины, характеризующие шкалу измерительного прибора 

 

Применяется следующая терминология: 

отметка шкалы – знак на шкале, соответствующий некоторому значению 

измеряемой величины; 

числовая отметка шкалы – отметка шкалы, у которой проставлено число 

отсчета; 

деление шкалы – промежуток между двумя соседними отметками шкалы; 

длина деления шкалы – расстояние между осями (или центрами) двух 

соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей 

через середины самых коротких отметок шкалы; 

цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующих двум 

соседним отметкам шкалы.