Физика

И.А. Ткачева 

Физика 

Лабораторный практикум 

3-е издание, стереотипное

Москва
Издательство «ФЛИНТА» 
2020

УДК 53(076.5) 
ББК 22.3 

Т48

Научный редактор 

Т48 

Абрамов С.М., кандидат физико-математических наук, 
доцент,  
декан физико-математического факультета Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ОГУ 

Рецензенты: 
Михайличенко И.Н., кандидат физико-математических наук, 
доцент кафедры общепрофессиональных и технических 
дисциплин филиала ФГБОУ ВПО «Самарский государственный 
университет  
путей сообщения» в г. Орске; 

Попов А.С., кандидат педагогических наук, старший 
преподаватель кафедры гуманитарных и социальноэкономических наук  
Новотроицкого филиала ФГАОУ ВПО «Национальный 
исследовательский технологический университет "МИСиС"» 

Ткачева И.А. 
Физика [Электронный ресурс]: лаб. практикум / И. А. 
Ткачева.— 3-е изд., стер. — М.: ФЛИНТА, 2020. — 281 с.

ISBN 978-5-9765-2503-0

Лабораторный практикум составлен в соответствии с
требованиями к содержанию курса общей физики; включает
описание лабораторных работ, методику их выполнения, краткие
теоретические сведения. Практикум предназначен студентам и
преподавателям инженерно-технических профилей при подготовке
и проведении лабораторных работ по физике в высших учебных
заведениях. 

УДК 53(076.5)
ББК 22.3 

ISBN 978-5-9765-2503-0
© Ткачева И.А., 2015 
© Издательство «ФЛИНТА», 2015 

 
Содержание 
 

Введение...............................................................................................5
1 Механика и молекулярная физика…..........................................14

1.1 Проверка законов движения на машине Атвуда.....................14
1.2 Изучение собственных колебаний пружинного маятника….25
1.3 Изучение законов вращательного движения при помощи 

крестообразного маховика……………………………………..........36

1.4 Определение момента инерции стержня…………………..…48
1.5 Определение скорости полёта пули баллистическим 

маятником……………………………………………….........….……53

1.6 Определение момента инерции махового колеса и силы 

трения в опорах…………………………………………........………59

1.7 Определение коэффициента вязкости жидкости…………….66
1.8 Определение плотности воздуха при нормальных

условиях и его молярной массы……………………………….....…73

1.9 Определение отношений теплоёмкостей газа методом  

адиабатического расширения…………………………………..........78

1.10 Экспериментальная проверка закона Гука и определение 

модуля Юнга по растяжению проволоки...........................................86
2 Электричество и магнетизм..........................................................92

2.1 Построение эквипотенциальных и силовых линий 

электростатического поля…………………………………........…...92

2.2 Измерение электрических сопротивлений мостиком 

Уитстона…………………………………………………………........101

2.3 Изучение работы электронно-лучевого осциллографа……...110
2.4 Изучение явления электромагнитной индукции…………….132
2.5 Определение электроемкости конденсатора мостом Сотти…139
2.6 Резонанс напряжения…..……………………………….……..149
2.7 Определение горизонтальной составляющей напряженности 

магнитного поля Земли……….……….........……...................................161

2.8 Снятие кривой намагничивания ферромагнетика…………...172
2.9 Градуировка амперметра и вольтметра……………………....184

3 
 

Волновая и квантовая оптика......................................................204

3.1 Изучение эффекта Комптона……………………………….....204
3.2 Определение длины световой волны при помощи 

дифракционной решетки…..…………………………………….......210

3.3 Проверка законов освещенности при помощи 

фотоэлемента........................................................................................222

3.4 Определение радиуса кривизны линзы с помощью 

явления интерференции..…………………………………………….230

3.5 Определение чистоты обработанной поверхности 

с помощью микроинтерферометра Линника МИИ-4.......................237

3.6 Определение длины световой волны при помощи 

бипризмы Френеля……………….…………………………………..249 

3.7 Определение концентрации раствора сахара при помощи 

поляриметра………………………......................................................255

3.8 Изучение явления поляризации света……...............................263

Библиографический список.............................................................273
Приложение 1. Справочные материалы.............................................274
Приложение 2. Греческий алфавит....................................................280

4 
 

Введение 
 
Лабораторные работы по физике выполняются группами по два 
человека. При этом каждый студент должен завести отдельную тетрадь, в которой он будет оформлять конспекты по всем выполненным 
им работам. В этой же тетради преподаватель своей подписью подтверждает объем проделанной студентом работы. Для этого на форзаце тетради необходимо начертить таблицу согласно образцу, приведенному ниже: 
 
Таблица 1 
 
№ 

лабораторной 

работы

Допуск
Дата 

выполнения 

Роспись 

преподавателя 

Дата 

защиты 

Роспись 

преподавателя 

 
Из таблицы 1 видно, что деятельность студента по каждой работе включает несколько этапов: 
1. Подготовка к выполнению работы. 
2. Сдача преподавателю допуска. 
3. Непосредственное выполнение работы на лабораторном оборудовании (проведение опытов).  
4.  Обработка результатов (выполнение расчетов, построение 
графиков, формулировка выводов). 
5. Подготовка к защите. 
6. Защита лабораторной работы. 
Первый этап выполняется дома перед проведением соответствующего занятия. Для подготовки к выполнению работы необходимо ознакомиться с теоретической частью, разобраться, что представляет из себя экспериментальная установка, какова методика из
5 
 

мерений. Также на этом этапе необходимо подготовить конспект, 
включающий в себя следующее: 
• номер лабораторной работы; 
• название работы; 
• цель работы (переписать полностью из описания); 
• краткая теория (выписать основные формулы и пояснить каждый символ, входящий в формулу); 
• экспериментальная установка (нарисовать чертеж и написать 
наименование деталей); 
• формулы и постоянные величины, которые будут использованы в расчетах (какие именно формулы понадобятся в расчетах описано в п. IV «Выполнение работы»); 
• таблицы (состав таблиц и их количество описано в п. IV «Выполнение работы»). 
Второй этап (сдача допуска) проводится преподавателем побригадно с персональным опросом каждого студента. Для этого преподаватель индивидуально проверяет оформление конспекта, задает 
вопросы по основной теории, методике измерений, экспериментальной установке и методам обработки результатов. Если преподаватель 
допускает студента к работе, он ставит свою подпись в таблице на 
форзаце тетради в соответствующей графе. 
После этого студент приступает к третьему этапу работы на 
своей экспериментальной установке. Данные, полученные при проведении опытов, следует заносить в необходимые графы заранее подготовленных таблиц карандашом, либо в черновик. Когда будут проделаны все опыты, необходимо показать преподавателю полученные 
результаты. После этого ставится подпись в соответствующей графе 
таблицы на форзаце тетради. 
Четвертый этап включает обработку результатов и завершение 
работы по оформлению конспекта. На этом этапе проводятся расчеты 
всех необходимых величин, указанных в описании, включая абсо
6 
 

лютную и относительную погрешности измерений. Методика расчета 
погрешностей описана ниже.  
Во многих работах применяется графический метод обработки 
данных, так как графики позволяют наглядно представить зависимости величин между собой. По графикам можно определять характер 
функциональной зависимости, значения величин; они позволяют 
сравнить результаты, полученные экспериментально, с теорией. На 
графиках легко находить максимумы и минимумы. Кроме того,  
с помощью графика можно доказать пропорциональность величин, 
так как в этом случае он должен иметь вид прямой линии. 
При построении графиков необходимо руководствоваться следующими требованиями: 
• около графика нужно подписать его полное название; 
• масштаб необходимо выбирать таким образом, чтобы размер 
графика был не менее 1/2 тетрадного листа как в длину, так и в ширину; 
• на графике необходимо показать оси декартовой системы, на 
концах осей – стрелки, у концов стрелки подписать буквенные обозначения величин, их единицы измерения, при необходимости множитель 10N; 
• на каждой оси должен быть указан равномерный масштаб (риски через равные промежутки, числа через равное количество рисок); 
• на графике указать экспериментальные точки так, чтобы их 
было четко видно (нагляднее будет, если их изобразить небольшими 
крестиками – «×»); 
• поскольку при проведении опытов данные получены с погрешностями, то все точки на графике соединять не нужно. Точки, 
резко нарушающие плавность кривой, должны оставаться вне линий 
графика, как несоответствующие или как приближенные данного 
опыта. Поэтому необходимо провести усредненную линию, при этом 
количество точек над линией и под ней должно быть примерно одинаковым. Если известна теоретическая зависимость, то форма графика должна ей соответствовать. 

7 
 

Пример построения графика по экспериментальным данным показан на рисунке 1. Очевидно, что правильным является график № 2. 
Остальные зависимости не отвечают описанным выше требованиям. 
 

 
 
Рис. 1. Зависимость температуры воды от времени: графики № 1, 3, 4  
показывают неправильное изображение исследуемой зависимости;  
график № 2 построен правильно 
 
Полностью оформленная и подготовленная к защите работа 
должна соответствовать следующим требованиям: 
•  в тетради представлены все расчеты требуемых величин, заполнены чернилами все таблицы; 
•  для всех величин указаны единицы измерения; 
• построены все графики (если по описанию они необходимы); 
• записаны выводы. 
Вывод должен полностью соответствовать цели работы. Так, если целью было определение какой-либо величины, то в выводе обязательно нужно указать значение этой величины с интервалом погреш
8 
 

ности. В этом случае вывод должен соответствовать следующему 
шаблону: 

 

По 
результатам 
измерений 
и 
расчетов 
получено 
значение 

____________________ , равное  _____ = ( ___ ± ____ ) ·10 ___ _______ 

название физической характеристики                   символ        среднее      ошибка      степень   ед. измер 

Относительная погрешность составила: ɛ = _____%. 

 
Если целью работы было определить какую-либо зависимость, 
то для неё строится график. Тогда вывод должен быть сделан по графику в соответствии со следующим шаблоном: 

 

Полученный 
экспериментально 
график 
зависимости 

__________________ от ______________ имеет вид (прямой, 

название функции словами                      название аргумента 
 проходящей через начало координат, параболы, гиперболы, плавной 
кривой). Из графика видно, что с увеличением __________________ 

                                                                                                                                                название аргумента 
 величина ______________ увеличивается (уменьшается, сначала 
                       название функции 
 растет, а затем плавно уменьшается и т. п.) 

 
Например, для зависимости на рисунке 1 вывод будет записан 
следующим образом: полученный экспериментально график зависимости температуры воды от времени имеет вид плавно убывающей 
кривой. Из графика видно, что с течением времени температура воды 
постепенно уменьшается. 
Если целью работы была проверка закономерности, то в выводе 
обязательно нужно указать, какая именно закономерность выполняется и на основании чего видно, что она осуществляется (во многих 
работах выполнение законов подтверждается с помощью графиков, 
поэтому вывод будет соответствовать шаблону, указанному выше). 

9 
 

Пятый этап предполагает подготовку работы к защите. Для этого 
в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые необходимо подготовить ответы. После защиты работы преподаватель ставит 
роспись в соответствующей графе таблицы на форзаце тетради. 

 
Расчет погрешностей 
 

Любое измерение производится с какой-то степенью точности. 

Это связано с несовершенством измерительных приборов, методики 
измерений, несовершенством органов человеческих чувств и т. п. При 
этом измеренная величина всегда отличается от ее истинного значения. Другими словами, всякое измерение характеризуется наличием 
ошибок, погрешностей. Во многих случаях они оказываются весьма 
значительными. Поэтому в задачу экспериментатора помимо измерения искомой величины в обязательном порядке входит оценка погрешности полученного результата. Без такой оценки результат опыта не имеет, как правило, практической ценности. 

Поскольку причины возникновения ошибок могут быть самыми 

разными, необходимо классифицировать погрешности, возникающие 
в ходе экспериментов. Только в этом случае возможна правильная 
оценка погрешности полученного результата, так как от типа погрешностей зависит и способ их вычисления. 

Погрешности подразделяются на случайные и систематические. 

Ошибки, зависящие от случайных причин и несовершенства органов 
чувств человека, называются случайными. Ошибки, которые зависят 
от постоянных причин и повторяются при всех измерениях, называются систематическими.  

Иногда модуль и знак систематической погрешности известны. 

В этом случае легко внести в показания приборов соответствующую 
поправку. Однако чаще встречаются такие систематические погрешности, модуль и знак которых неизвестны. Такие погрешности называются 
неисключенными 
систематическими 
погрешностями  

10 
 

и должны быть оценены. Основной вклад в систематическую  
погрешность дают: 

а) предел основной погрешности прибора θосн.; 
б) погрешность отсчитывания θотч. 
Предел основной погрешности прибора θосн., как правило, ука
зывается в его паспорте. Эта погрешность определяется неточностью 
самого прибора. Кроме того, для ряда приборов указывается класс 
точности. Класс точности δ  показывает, сколько процентов от верхнего предела измерений составляет основная погрешность: 

max
100%
n
а

θ
δ =
×

Знаяδ  и 
max
а
, также можно найти θосн. 

Погрешность отсчитывания θотч. равна половине цены наименьшего деления шкалы прибора. 
При выполнении лабораторных работ по курсу общей физики 
рассчитывают два основных вида погрешности: абсолютную и относительную. 
Абсолютная погрешность – это значение, вычисляемое как модуль разности между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины: 

 

а
а
а
изм −
=
∆
. 

 
Так как при нахождении абсолютной погрешности находится 
модуль разности, то она будет всегда положительной. Абсолютная 
погрешность имеет те же единицы измерения, что и рассматриваемая 
величина. 
Относительная погрешность – это число, отражающее степень 
точности измерения. Относительная погрешность представляет собой 
отношение абсолютной погрешности ∆а к истинному значению измеряемой величины, выражается обычно в процентах: 

 

%
100
а
а
∆
=
ε
. 

11 
 

В большинстве случаев истинное значение величины неизвестно, поэтому при расчете погрешностей вместо него берут среднее 
значение измеренной величины а . Кроме того, методы расчета данных погрешностей зависят от вида измерений. 
Различают прямые и косвенные измерения. Прямыми называются измерения, цель которых состоит в определении измеряемой величины непосредственно или при помощи измерительного прибора, 
проградуированного в соответствующих единицах. Косвенными 
называются измерения, при которых искомая величина определяется 
по результатам прямых измерений других величин, связанных с этой 
величиной определенной функциональной зависимостью.  
При прямых измерениях обработку результатов проводят  
в следующем порядке: 
1. Вычисляют среднее арифметическое значение из n измерений: 

 

∑
=
=

n

i
ia
n
а

1
1
. 

 
2. Находят абсолютные погрешности отдельных измерений: 

 

i
i
а
a
a
∆
=
−
 

 
Если одно (или два) измерения резко отличаются по своему значению от остальных измерений, то следует проверить, не является ли 
оно промахом. 
3. Вычисляют квадраты погрешностей отдельных измерений 

2)
(
ia
∆
. 

4. Определяют среднюю квадратичную погрешность результата 
серии измерений по формуле: 

 

 

2
(
)
1
(
1)

i

n

n
i
a

n n
S

∑= ∆
=
−
∆
. 

 
5. Задают значение надёжности α .  

12