Физика. Сборник контрольных вопросов и задач для самостоятельной работы студентов

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ 

(Технологический университет) 

МИСиС 

Кафедра физики 

Одобрено методическим 

советом института  

Физика 

Сборник контрольных вопросов и задач 
для самостоятельной работы студентов 

Под редакцией              

проф. Г.М. Ашмарина 

Москва 2001 

АННОТАЦИЯ 

В пособии представлены контрольные вопросы и задачи, ответы на 
которые студентам I и II курсов всех специальностей необходимо 
подготовить для защиты лабораторных работ по физике согласно 
учебному плану. Вопросы и задачи сгруппированы по разделам: I раздел–
Механика. Молекулярная физика; II раздел–Электромагнетизм. Колебания 
и волны; III раздел–Оптика. Атомная физика. Для каждого раздела 
приводится список рекомендуемой основной литературы. 

Московский государственный 

институт стали и сплавов 

(Технологический университет) 

МИСиС 2001 

 
2

СОДЕРЖАНИЕ 

Раздел I. Механика. Молекулярная физика. 

Лабораторная работа 01 

Определение плотности твёрдых тел по их геометрическим 
размерам и массе………………………………………………8 

Лабораторная работа 02 

Экспериментальное определение функции распределения 
случайных величин……………………………………………8 

Лабораторная работа 04 

Определение ускорения силы тяжести при помощи  
прибора Атвуда………………………………………………..9 

Лабораторная работа 05 

Изучение законов сохранения импульса и энергии  
при соударениях……………………………………………….9 

Лабораторная работа 06 

Изучение законов динамики вращательного движения при 
помощи маятника Обербека…………………………………10 

Лабораторная работа 07 

Определение моментов инерции твердых тел при помощи 
крутильного маятника………………………………………..10 

Лабораторная работа 08 

Определение скорости тела при помощи крутильнобаллистического маятника…………………………………...11 

Лабораторная работа 09 

Изучение законов динамики вращательного движения при 
помощи маятника Максвелла………………………………..11 

Лабораторная работа 11 

Определение ускорения силы тяжести при помощи 
универсального маятника…………………………………….12 

 
3

Лабораторная работа 17 

Определение модулей сдвига и кручения  
в статическом режиме………………………………………..12 

Лабораторная работа 18 

Определение модуля Юнга на приборе Лермантова……….12 

Лабораторная работа 22 

Определение отношения теплоемкостей Ср/Сv воздуха  
методом Клемана и Дезорма…………………………………13 

Лабораторная работа 29 

Определение коэффициента поверхностного  
натяжения жидкости по методу максимального  
давления в пузырьке воздуха………………………………...13 

Лабораторная работа 30 

Определение коэффициента поверхностного  
натяжения по высоте подъема жидкости в капиллярах……14 

Раздел II. Электромагнетизм. Колебания и волны. 

Лабораторная работа 41 

Экспериментальное определение случайных ошибок при 
измерении электрического сопротивления резисторов 
одинакового номинала……………………………………….15 

Лабораторная работа 42 

Определение горизонтальной составляющей  
магнитного поля Земли………………………………………15 

Лабораторная работа 43 

Определение удельного сопротивления  
металлического проводника…………………………………16 

Лабораторная работа 44 

Изучение температурной зависимости сопротивления 
металлов……………………………………………………….17 

 
4

Лабораторная работа 45 

Исследование свойств сегнетоэлектриков по петле 
диэлектрического гистерезиса……………………………….17 

Лабораторная работа 48 

Определение удельного заряда электрона 
методом магнетрона…………………………………………..18 

Лабораторная работа 49 

Исследование термоэлектронной эмиссии из металлов…...18 

Лабораторная работа 50 

Исследование периодических процессов с помощью 
электронного осциллографа………………………………….19 

Лабораторная работа 53 

Применение явления взаимной индукции для исследования 
топографии магнитного поля соленоида……………………19 

Лабораторная работа 55 

Изучение p-n перехода с помощью  
полупроводникового диода…………………………………..20 

Лабораторная работа 56 

Исследование свойств ферромагнетика 
по петле гистерезиса……………………………………...…..20 

Лабораторная работа 57 

Изучение релаксационных колебаний 
в схеме с тиратроном…………………………………………20 

Лабораторная работа 12 

Исследование свободных затухающих колебаний методом 
наклонного маятника…………………………………………21 

Лабораторная работа 13 

Изучение колебаний системы с двумя степенями  
свободы…………………………………..…………………....22 

Лабораторная работа 23 

Определение отношения теплоёмкостей Сp/Сv
газов методом стоячих волн………………………………....22 

 
5

Лабораторная работа 24 

Определение скорости звука в газах методом колебаний  
на экране осциллографа……………………………………...22 

Лабораторная работа 51 

Исследование затухающих электромагнитных колебаний  
в колебательном контуре…………………………………….23 

Лабораторная работа 52 

Исследование вынужденных резонансных 
электромагнитных колебаний в колебательном контуре….23 

Лабораторная работа 54 

Исследование фазочастотных свойств вынужденных 
электромагнитных колебаний в колебательном контуре….24 

Раздел III. Оптика. Атомная физика. 

Лабораторная работа 81 

Определение показателя преломления и средней дисперсии 
жидкостей и твердых тел с помощью  
рефрактометра Аббе……………………………………….…25 

Лабораторная работа 82 

Исследование дисперсии показателя преломления стекла в 
видимой области электромагнитного спектра………….…..25 

Лабораторная работа 83 

Определение вольт–амперной характеристики  
фотоэлемента……………………………………………...…..26 

Лабораторная работа 84 

Определение радиуса кривизны линзы и длины световой 
волны с помощью колец Ньютона…………………………..26 

Лабораторная работа 85 

Изучение дифракционных спектров…………….…………..27 

 
6

Лабораторная работа 86 

Определение эффективной полосы пропускания 
светофильтров…………………………………….…………..27 

Лабораторная работа 87-1 

Изучение основных явлений поляризации света……...……27 

Лабораторная работа 87-2 

Изучение основных явлений поляризации света……………..28 

Лабораторная работа 88 

Изучение естественного вращения плоскости  
поляризации света…………………………………………….28 

Лабораторная работа 89 

Определение постоянной Верде………………………..……29 

Лабораторная работа 91 

Измерение показателя преломления газа с помощью 
интерферометра Рэлея………………………………………..29 

Лабораторная работа 101 

Изучение спектральной чувствительности фотоэлементов.29 

Лабораторная работа 102 

Исследование закономерностей теплового излучения 
вольфрамовой спирали………………………...……………..30 

Лабораторная работа 3-01 

Определение фокусного расстояния положительной и 
отрицательной линз…………………………………………..30 

Лабораторная работа 3-02 

Погрешности оптических систем……………………………31 

Лабораторная работа 3-11 

Изучение дифракционной картины от одной и двух  
щелей……………………………………………………..……31 

Рекомендуемая литература……………………………………...…32 

 
7

Раздел I. МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ 
ФИЗИКА 

Лабораторная работа 01 

Определение плотности твёрдых тел по их  

геометрическим размерам и массе. 

1. Дайте определение плотности тела. 
2. С какой точностью измеряется диаметр образца в данной работе? 
3. Как определяется абсолютная ошибка прямых измерений? 
4. Как вычисляется абсолютная ошибка косвенных измерений? 
5. Перечислите ошибки, возникающие при измерениях физических 
величин. 

6. Задача. Найти плотность вещества, из которого изготовлен шарик 
радиуса 10см, если масса шарика равна массе цилиндра высотой 22см и 
радиусом 14см, изготовленного из алюминия (плотность алюминия 
равна 2,6⋅103кг/м3). 

Лабораторная работа 02 

Экспериментальное определение функции распределения 
случайных величин 

1. Как осуществляется на практике аппроксимация теоретического закона 
распределения измеряемой величины? 

2. Результаты каких измерений достаточно точно могут быть описаны с 
помощью нормального закона распределения Гаусса? 

3. Как зависит точность полученного результата от числа измерений? 
4. Какой смысл имеют среднее значение и дисперсия распределения 
случайной величины? 

5. Какие выводы можно сделать относительно полученного в работе 
эмпирического закона распределения результатов измерений частоты 
генератора? 

6. Задача. В результате измерений частоты генератора оказалось, что в 
75–ти случаях из 100 измеренная частота лежит в окрестности средней 
частоты генератора ν=201,0±0,5Гц. Предполагая, что распределение 
измеренных значений частоты генератора подчиняется нормальному 
закону, оценить дисперсию этого распределения σ2. 

 
8

Лабораторная работа 04 

Определение ускорения силы тяжести при помощи  

прибора Атвуда 

1. Дать определение вектора перемещения, скорости, ускорения. Как 
зависят от времени скорость и ускорение тела при прямолинейном 
движении с постоянным ускорением? 

2. Что такое ускорение свободного падения? В течении какого времени 
тело, свободно падающее с высоты h, достигнет земли? 

3. Два груза массами m1 и m2 соединены нерастяжимой, невесомой 
нитью, которая переброшена через невесомый блок. Определить 
ускорение грузов а и силу натяжения нити Т. Трением в оси блока 
пренебречь. 

4. Как производится определение ускорения свободного падения при 
помощи прибора Атвуда? 

5. Задача. Два груза массами m1 и m2 соединены нерастяжимой, 
невесомой нитью, которая переброшена через блок. Определить 
ускорение грузов a, считая блок однородным диском массы М. 
Трением в оси блока пренебречь. 

Лабораторная работа 05 

 Изучение законов сохранения импульса и  

энергии при соударениях 

1. Дать 
определение 
замкнутой 
системы. 
Сформулировать 
закон 
сохранения импульса механической системы. 

2. Дать 
определение 
консервативных 
и 
диссипативных 
сил. 
Сформулировать закон сохранения энергии. 

3. Шарик массой m1 со скоростью v1 ударяется о массивную стенку и 
упруго отскакивает от нее. Определить среднюю силу удара F, 
действующую на шарик во время удара, если вектор скорости шарика 
перпендикулярен стенке, а время удара равно τ. 

4. Определить скорость u тела, образовавшегося в результате абсолютно 
неупругого соударения двух шаров, массы которых равны m1 и m2, а 
скорости шаров перед ударом равны соответственно v1 и v2. 

5. Шарик массой m1 со скоростью v1 налетает на покоящийся шарик 
массой m2. Считая удар центральным и абсолютно упругим, 
определить скорости u1 и u2 шаров после удара.  

6. Задача. Шарик массой m подвешен на нити  длиной , верхний конец 
которой закреплен. Нить с шариком отклоняют на угол α и отпускают. 
Определить скорость шара в нижней точке траектории. 

l

 
9

Лабораторная работа 06 

Изучение законов динамики вращательного движения при 
помощи маятника Обербека 

1. Дать определение центра масс системы материальных точек. Дать 
определение момента инерции системы материальных точек и твердого 
тела. 

2. Сформулировать теорему Гюйгенса-Штейнера. 
3. Дать определение момента импульса системы материальных точек и 
твердого тела. Дать определение момента силы. Сформулировать 
основной закон динамики вращательного движения. 

4. Сформулировать закон сохранения момента импульса механической 
системы. 

5. Кинетическая энергия тела при вращательном движении. Определить 
полную механическую энергию диска массы m, катящегося без 
проскальзывания по горизонтальной поверхности со скоростью υ. 

6. Задача. На блок, момент инерции которого I, а радиус R, намотана 
нить, к свободному концу которой прикреплен груз массы m. Блок 
может вращаться без трения вокруг неподвижной оси, проходящей 
через его центр. Считая, что нить невесома и нерастяжима, и не 
проскальзывает по блоку, определить ускорение груза и угловое 
ускорение блока. 

Лабораторная работа 07 

Изучение законов динамики вращательного движения при 
помощи маятника Максвелла 

1. Дать определение момента импульса системы материальных точек и 
твердого тела. Дать определение момента силы. Сформулировать 
основной закон динамики вращательного движения. 

2. Дать определение момента инерции твердого тела и указать его 
физический смысл. 

3. Кинетическая 
энергия 
тела 
при 
поступательно-вращательном 
движении. Найти кинетическую энергию катушки с моментом инерции 
I и радиусом R, катящейся без проскальзывания по горизонтальной 
поверхности со скоростью υ. 

4. Задача. Лёгкая нерастяжимая нить плотно намотана одним концом на 
боковую поверхность однородного цилиндра, масса которого m=8кг и 
радиус R=1м, а другой конец нити прикреплён к неподвижной опоре. 
Под действием силы тяжести цилиндр опускается. Определить 
ускорение центра масс цилиндра, если скольжение нити по цилиндру 
отсутствует. 

 
10

Лабораторная работа 08 

Определение скорости тела при помощи крутильнобаллистического маятника 

1. Дать определение момента импульса системы материальных точек и 
твердого тела. Дать определение момента силы. Сформулировать 
основной закон динамики вращательного движения. 

2. Сформулировать закон сохранения момента импульса механической 
системы. 

3. Сформулировать закон сохранения и изменения механической энергии. 
4. Записать 
выражение 
для 
механической 
энергии 
крутильнобаллистического маятника с моментом инерции I и модулем кручения 
нити k. 

5. Дать определение абсолютно упругого и неупругого удара. 
6. Задача. Однородный тонкий стержень длины L и массы М может 
свободно (без трения) вращаться в горизонтальной плоскости вокруг 
оси, проходящей через его конец. В центре стержня попадает пуля 
массы m, летящая со скоростью υ, перпендикулярно стержню и 
застревает в стержне. С какой угловой скоростью ω будет вращаться 
стержень? 

Лабораторная работа 09 

Определение моментов инерции твердых тел при помощи 
крутильного маятника 

1. Дать определение момента инерции системы материальных точек и 
твердого тела. Указать физический смысл момента инерции. 

2. Записать выражения для моментов инерции следующих тел: тонкого 
кольца относительно оси, проходящей перпендикулярно плоскости 
кольца через его центр, однородного тонкого стержня относительно 
оси перпендикулярной стержню, проходящей через его центр, 
цилиндра относительно оси цилиндра, шара относительно оси, 
проходящей через его центр. 

3. Вывести 
уравнение 
малых 
крутильных 
колебаний. 
Получить 
выражение для периода колебаний. 

4. Объяснить принцип определения моментов инерций твердых тел с 
помощью крутильного маятника. 

5. Задача. Крутильный маятник представляет собой однородный стальной 
шар радиусом R=2см, закреплённый на вертикальной стальной 
проволоке, которая проходит через центр шара. Период колебаний 
маятника T=0,4с. Определить модуль кручения проволоки, если 
плотность стали ρ=7,8г/см3. 

 
11

Лабораторная работа 11 

Определение ускорения силы тяжести при помощи 
универсального маятника 

1. Вывести уравнение малых свободных колебаний математического 
маятника. Какая функция является решением этого уравнения? От 
каких 
параметров 
зависит 
период 
колебаний 
математического 
маятника? 

2. Вывести 
уравнение 
малых 
свободных 
колебаний 
физического 
маятника. Какая функция является решением этого уравнения? От 
каких параметров зависит период колебаний физического маятника? 

3. Что такое сопряженные точки и приведенная длина физического 
маятника? 

4. Задача 1. Однородный стержень длиной L совершает малые колебания 
в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, проходящей 
через его верхний конец. Найти период колебаний стержня. 

5. Задача 2. Обруч радиусом R висит на гвозде, вбитом в стену. Найти 
период малых колебаний обруча. 

Лабораторная работа 17 

Определение модулей сдвига и кручения  

в статическом режиме 

1. Дать 
определение 
деформации, 
перечислить 
основные 
виды 
деформаций. 

2. Сформулировать закон Гука для деформаций сдвига и кручения. 
3. Указать физический смысл модулей сдвига и кручения. Перечислить 
параметры, от которых зависят модули сдвига и кручения. 

4. Объяснить 
принцип 
измерения 
модулей 
сдвига 
и 
кручения, 
используемый в данной работе. 

Лабораторная работа 18 

Определение модуля Юнга на приборе Лермантова 

1. Дать определение упругих, неупругих и пластических деформаций 
твердых тел. 

2. Сформулировать закон Гука для деформации растяжения –сжатия и 
указать границы его применимости. 

3. Указать физический смысл модуля Юнга. 
4. Объяснить принцип измерения модуля Юнга проволочных образцов на 
приборе Лермантова. 

 
12

Лабораторная работа 22 

Определение отношения теплоемкостей Ср/Сv воздуха  

методом Клемана и Дезорма 

1. Дайте определение политропического процесса. Приведите примеры 
политропических процессов, запишите уравнения этих процессов. 

2. Дайте определение адиабатического процесса. Запишите уравнение 
процесса. 

3. Запишите выражение для внутренней энергии идеального газа. Дайте 
определение степени свободы молекулы. Запишите общую формулу 
для числа степеней свободы многоатомной молекулы. 

4. Сформулируйте 
I–ое 
начало 
термодинамики. 
Запишите 
общее 
выражение для работы идеального газа. Рассчитайте работу одного 
моля идеального газа при изотермическом, изобарном, адиабатическом 
процессах. 

5. Дайте определение удельной и молярной теплоемкости. Рассчитайте 
молярные теплоемкости Ср и Сv для одноатомного, двухатомного, 
трехатомного газа. 

Лабораторная работа 29 

Определение коэффициента поверхностного  

натяжения жидкости по методу максимального  

давления в пузырьке воздуха 

1. Объясните природу сил поверхностного натяжения. Дайте определение 
коэффициента поверхностного натяжения, перечислите факторы, от 
которых он зависит. 

2. Назовите 
известные 
вам 
методы 
измерения 
коэффициента 
поверхностного натяжения. Сравните их достоинства и недостатки. 

3. Запишите формулу Лапласа в случае произвольной поверхности 
жидкости в случае сферической поверхности. 

4. Какая из величин, непосредственно измеряемых в работе, имеет 
наибольшую 
относительную 
погрешность? 
Сформулируйте 
предложения, 
позволяющее 
уменьшить 
относительную 
ошибку 
определения коэффициента поверхностного натяжения по изложенной 
методике. 

 
13

Лабораторная работа 30 

Определение коэффициента поверхностного  

натяжения по высоте подъема жидкости в капиллярах. 

1. От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения? Как и 
почему 
коэффициент 
поверхностного 
натяжения 
зависит 
от 
температуры? 

2. Что такое краевой угол смачивания? Чему он равен в данной работе? 
3. Вывести формулу для высоты подъема жидкости в капилляре. Как 
зависит высота подъема жидкости в капилляре от глубины его 
погружения в жидкость? 

4. Какие из величин определяются путем прямых, а какие – путем 
косвенных измерений в данной работе? Какая из величин имеет 
наибольшую приборную ошибку? 

5. Сформулируйте 
предложения, 
позволяющие 
уменьшить 
относительную приборную погрешность определения коэффициента 
поверхностного натяжения по методике, изложенной в данной работе. 

6. Какие методы измерения коэффициента поверхностного натяжения вам 
известны? Их достоинства и недостатки. 

 
14

Раздел II. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. 
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 

Лабораторная работа 41. 

Экспериментальное определение случайных ошибок при 
измерении электрического сопротивления резисторов 
одинакового номинала. 

1. Что называют абсолютной и относительной ошибками измерений? 
2. Что называют систематическими, случайными и грубыми ошибками 
измерений? 

3. Что 
называют 
средним 
значением 
измеряемой 
величины 
и 
среднеквадратичной ошибкой σn? 

4. Как по результатам измерений построить кривую распределения 
плотности вероятности случайных ошибок? 

5. Запишите закон Ома. Что называют электрическим сопротивлением и 
от чего оно зависит? 

6. Задача. В результате экспериментальных исследований металлического 
проводника 
были 
установлены 
следующие 
значения 
его 
электросопротивления:  R1=96125 Ом, R2=95264 Ом,  R3=97362 Ом, 
R4=89133 Ом, R5=69422 Ом, R6=91333 Ом, R7=945130 Ом, R8=92678 
Ом, R9=95164 Ом, R10=93529 Oм. 
Абсолютная приборная ошибка значительно меньше, чем случайная 
ошибка 
измерений. 
Оценить 
случайную 
ошибку 
измерения 
электросопротивления с достоверностью 0,95 (см. таблицу 41.1 в сборнике 
№1451). Записать результат измерений. 

Лабораторная работа 42. 

Определение горизонтальной составляющей  

магнитного поля Земли 

1. Напишите связь между магнитной индукцией B и напряженностью H 
магнитного поля. Назовите единицы измерения ⎜B⎟ и ⎜H⎟ в системе 
СИ. 

2. Как записывается закон Био-Савара-Лапласса в векторном виде? 
3. Покажите направление магнитного поля вокруг длинного прямого 
провода и в центре плоского кругового витка с током. Сформулируйте 
″правило буравчика ″.В каких случаях прямой провод можно считать 
длинным? 

 
15