Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
13-14 ноября 2013 года в рамках молодежного научно-инновационного конкурса УМНИК-2013 НП «Ярославский инновационно-технологический центр» (НП ЯрИТЦ) с...полностью>>
'Документ'
В соответствии со ст. 11 Федерального закона от 27.07.2006 N 149-ФЗ "Об информации, информационных технологиях и о защите информации" Постановлением П...полностью>>
'Документ'
С целью успешного выполнения решений VI Съезда Профсоюза, дальнейшего повышения эффективности информационной работы организаций Профсоюза, объединения...полностью>>
'Инструкция'
1. Инструкция о конкурсе студенческих работ в сфере интеллектуальной собственности устанавливает порядок и условия проведения ежегодного конкурса студ...полностью>>

Главная > Реферат

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Ю.В. Тихомиров

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

по курсу физики

с компьютерными моделями

(МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА)

для студентов всех специальностей

всех форм обучения

МОСКВА – 2002

Ю.В.Тихомиров

Лабораторные работы по курсу физики с компьютерными моделями (молекулярная физика и термодинамика).

Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений дневной, вечерней и заочной (дистанционной) форм обучения.-М.:2002.- 27 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ДОПУСК К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 7

2. ОФОРМЛЕНИЕ КОНСПЕКТА для ДОПУСКА к ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 7

3. ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ К ЗАЧЕТУ 8

4. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА и ТЕРМОДИНАМИКА 10

АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС 10

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСВЕЛЛА 15

ДИФФУЗИЯ В ГАЗАХ 19

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗА ВАН-ДЕР-ВААЛЬСа 23

3. ЛИТЕРАТУРА 27

4. НЕКОТОРЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ СВЕДЕНИЯ 28

ВВЕДЕНИЕ

Данный сборник лабораторных работ с элементами компьютерного моделирования содержит описания к лабораторным работам, в которых используются компьютерные модели, разработанные фирмой «Физикон» в среде Windows и включенные в CD-ROM «Открытая физика 1.0» часть 1.

Работа в среде Windows 9Х требует определенных навыков и привычки оперировать с некоторыми стандартными для этой среды способами организации диалога компьютер-пользователь. Для запуска программы необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши, когда ее маркер расположен над эмблемой данной части сборника компьютерных моделей. После этого появится начальная картинка, имеющая вид

После этого необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши, установив ее маркер над названием радела, в котором расположена данная модель. Для Молекулярной физики и термодинамики вы увидите следующую картинку

Чтобы увидеть дальнейшие пункты содержания данного раздела надо щелкать левой кнопкой мыши, установив ее маркер на кнопку со стрелкой вниз, расположенную в правом нижнем углу внутреннего окна.

Кнопки вверху картинки являются служебными. Предназначение каждой проявляется когда маркер мыши располагается над нею в течение 1-2 секунд (без нажатия кнопок мыши). Очень важной является кнопка с двумя вертикальными чертами «», которая служит для остановки эксперимента, а рядом расположенные кнопки – для шага «» и продолжения «» работы.

Прочитав надписи во внутреннем окне установите маркер мыши над надписью требуемой компьютерной модели и дважды коротко нажмите левую кнопку мыши. В появившемся внутреннем окне (смотри рисунок в описании к лабораторной работе на стр. 11) сверху также будут расположены служебные кнопки. Кнопка с изображением страницы служит для вызова теоретических сведений. Перемещать окна можно, зацепив (нажав и удерживая левую кнопку) мышью заголовок окна (имеющий синий фон). Закрытие окна теории обеспечивается нажатием кнопки с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

1.ДОПУСК К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Для допуска:

  • Каждый студент предварительно оформляет свой персональный конспект данной ЛР (см. соответствующие требования).

  • Преподаватель индивидуально проверяет оформление конспекта и задает вопросы по теории, методике измерений, установке и обработке результатов.

  • Студент отвечает на заданные вопросы (письменно в черновике конспекта или устно).

  • Преподаватель допускает студента к работе и ставит свою подпись в конспекте студента (графа ДОПУСК в табличке на обложке).

2.ОФОРМЛЕНИЕ КОНСПЕКТА для ДОПУСКА к ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Конспект для допуска к ЛР готовится заранее на двойных листах из школьной тетради в клетку (4-5 двойных листов в зависимости от почерка).

Первая страница (обложка):

Допуск

Измерения

Установка

Зачет

Лабораторная работа N__

Название: …

Выполнил:

студент группы _____

ФИО_______________

Дата выполнения: ____

Дата сдачи: __________

Следующие страницы:

ЧЕРНОВИК

(здесь и далее на этой стороне должны быть представлены все расчеты, включая расчетные формулы и подстановку числовых значений)

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).

Таблицы (состав таблиц и их количество определить самостоятельно в соответствии с методикой измерений и обработкой их результатов).

Оформление отчета (переписать полностью из описания). Этот раздел в описании может иметь и другое название, например, “Обработка результатов и оформление отчета”.

3. ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ К ЗАЧЕТУ

Полностью оформленная и подготовленная к зачету работа должна соответствовать следующим требованиям:

  1. Выполнение всех пунктов раздела описания “Оформление отчета” (в черновике представлены все расчеты требуемых величин, заполнены чернилами все таблицы, построены все графики).

  2. Графики должны удовлетворять всем требованиям, приведенным ниже.

  3. Для всех величин в таблицах должна быть записана соответствующая единица измерения.

  4. Записаны выводы по каждому графику (см. ниже шаблон)

  5. Выписан ответ по установленной форме (см. ниже шаблон).

  6. Записаны выводы по ответу (см. ниже шаблон).

Г Р А Ф И К (требования):

  • на миллиметровке или листе в клетку, размер не менее 1/2 тетрадного листа,

  • на графике: оси декартовой системы, на концах осей - стрелки, индексы величин, единицы измерения, 10N,

  • на каждой оси - равномерный масштаб (риски через равные промежутки, числа через равное количество рисок),

  • под графиком - полное название графика СЛОВАМИ,

  • на графике - экспериментальные и теоретические точки ярко,

  • форма графика соответствует теоретической зависимости (не ломаная).

ВЫВОД по ГРАФИКУ (шаблон):

Полученный экспериментально график зависимости __________________

название функции словами

от ______________ имеет вид прямой (проходящей через начало координат,

название аргумента

параболы, гиперболы, плавной кривой) и качественно совпадает с теорети-ческой зависимостью данных характеристик, имеющей вид ______________.

формула

ОТВЕТ: По результатам измерений и расчетов получено значение _________________________ , равное _____ = ( ___  ____ ) 10 ___ _________

название физической характеристики символ среднее ошибка степень един.измер

ВЫВОД по ОТВЕТУ (шаблон):

Полученное экспериментально значение величины _________________,

полное название словами

равное _________________, с точностью до ошибки измерений,

число, единица измерения

составляющей ________________ , совпадает (не совпадает) с табличным

число, единица измерения

(теоретическим) значением данной величины, равным ________________ .

число, единица измерения

4. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА и ТЕРМОДИНАМИКА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4_1

АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике (Савельев, т.1, §82,97).

Выберите «Термодинамика и молекулярная физика», «Адиабатический процесс». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и запишите необходимое в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

  • Знакомство с компьютерной моделью, описывающей адиабатический процесс в идеальном газе.

  • Экспериментальное подтверждение закономерностей адиабатического процесса.

  • Экспериментальное определение показателя адиабаты, количества степеней свободы и структуры молекул газа в данной модели.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

СОСТОЯНИЕ системы имеет фиксированные значения макроскопических параметров, описывающих систему в целом. Параметры, характеризующие систему в целом, называются ПАРАМЕТРАМИ СОСТОЯНИЯ. Примерами являются температура, давление, объем и т.д.

РАВНОВЕСНЫМ называется такое состояние системы, при котором все параметры системы имеют определенные значения, остающееся неизменными сколь угодно долго при неизменных внешних условиях.

ОБРАТИМЫМ называется процесс, при реализации которого в обратном направлении система проходит через те же состояния, что и при прямом ходе, но в обратной последовательности. Равновесные процессы всегда обратимы.

КРУГОВЫМ процессом (ЦИКЛОМ) называется процесс, при котором система после ряда изменений возвращается в исходное состояние.

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона)

.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ тела численно равна отношению количества тепла d’Q, сообщенного телу, к изменению температуры тела dT, которое при этом произошло:

СТЕЛА = .

УДЕЛЬНОЙ теплоемкостью вещества называется отношение теплоемкости к массе тела.

Если тело нем меняет свой объем, то оно не совершает работы, поэтому при постоянном объеме тела переданное телу тепло dQ’ идет на изменение его внутренней энергии dU.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

СV = .

ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ идеального газа, молекулы которого имеют i степеней свободы

CP = (1).

ОТНОШЕНИЕ является константой (в определенном диапазоне температур) для данного газа. Эта константа называется показателем адиабаты.

Формула (2) устанавливает связь отношения теплоемкостей  с числом степеней свободы молекулы газа i .

ЧИСЛО (количество) СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ есть минимальное количество независимых координат, необходимых для однозначного описания положения молекулы в пространстве ИЛИ минимальное количество независимых движений, суперпозиция которых дает любое движение молекулы.

ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ всегда дает 3 степени свободы.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ дает 2 степени свободы для линейной молекулы и 3 степени свободы, если атомы в молекуле не расположены на одной линии.

КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ дает 2nКОЛ степеней свободы, где nКОЛ – количество независимых колебаний атомов в молекуле (у двухатомной молекулы nКОЛ = 1).

АДИАБАТИЧЕСКИМ называется процесс, происходящий без теплообмена с внешней средой (d’Q = 0). Уравнение адиабаты

PV = const (3).

Принято также выделять ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ, ИЗОБАРИЧЕСКИЙ и ИЗОХОРИЧЕСКИЙ процессы.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Внимательно рассмотрите картинку на рисунке, найдите рисунок элемента, в котором реализуется адиабатический процесс, обратите внимание на его теплоизоляцию. Найдите математическую формулировку условия теплоизоляции. Ознакомьтесь с графиками в правой части изображения.

Зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы.

Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

ИЗМЕРЕНИЯ:

  1. Установите начальное значение объема Vнач = 40 дм3 и начальную температуру Т1 газа, близкую к числам из табл.1. Для этого нажмите кнопку «ВЫБОР», переместите маркер мыши так, чтобы его острие находилось в указанной точке вблизи границы столбика на градуснике, и коротко нажмите и удерживая левую кнопку мыши двигайте столбик.

  2. Нажмите мышью кнопку «Старт» на экране и наблюдайте перемещение поршня на левой картинке модели и перемещение точки по красной кривой теоретической адиабаты. Попробуйте останавливать процесс нажатием кнопки «СТОП». Последующий запуск процесса осуществляется нажатием кнопки «Старт».

  3. После автоматической остановки процесса запустите его снова, нажав кнопку «Старт», и останавливайте, нажимая кнопку «Стоп», когда крестик на теоретической адиабате (красная кривая) будет находиться вблизи следующих значений объема: 15, 20, 25, 30, 35 и 40 дм3 (6 значений), записывая при остановке значения объема, температуры и давления в таблицу 2.

  4. Установите новое значение температуры Т2, взяв его из таблицы 1, задавая Vнач = 40 дм3 и повторите измерения, записывая результаты в таблицу 3.

ТАБЛИЦА 1. Начальные значения температуры (не перерисовывать)

Бригада

1

2

3

4

5

6

7

8

Т1

50

70

100

120

140

170

200

220

Т2

230

240

250

260

270

280

290

300

ТАБЛИЦЫ 2,3 Результаты измерений

Т[К]

V[дм3]

p[кПа]

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:

  1. Постройте на одном рисунке графики экспериментальных зависимостей логарифма давления от логарифма объема для обеих адиабат (указав на них начальные температуры).

  2. Для каждой адиабаты определите по графику экспериментальное значение показателя, используя формулу .

  3. Определите число степеней свободы молекулы газа, исследуемого в данной компьютерной модели, используя формулу (2).

  4. Подберите распространенный газ, структура молекулы которого близка к наблюдаемой.

  5. Запишите ответы и проанализируйте ответы и графики.

Вопросы и задания для самоконтроля

  1. Что такое параметры состояния системы?

  2. Дайте определение равновесного состояния системы.

  3. Какой процесс называется обратимым?

  4. Что такое цикл?

  5. Что такое уравнение состояния?

  6. Для какого физического газа можно применить модель «идеальный газ»?

  7. Какому уравнению подчиняется состояние идеального газа? Напишите его.

  8. Дайте определение теплоемкости тела.

  9. Дайте определение удельной теплоемкости.

  10. Напишите формулу для теплоемкости при постоянном объеме.

  11. Напишите формулу для теплоемкости идеального газа при постоянном давлении.

  12. Что такое число степеней свободы? Чему оно равно для одноатомной молекулы?

  13. Что такое показатель адиабаты?

  14. Напишите формулу связи показателя адиабаты с числом степеней свободы молекулы идеального газа.

  15. Дайте определение адиабатического процесса.

  16. Напишите уравнение адиабатического процесса.

  17. Дайте определение изопроцесса. Перечислите известные изопроцессы.

  18. Напишите уравнение и нарисуйте PV-диаграмму изотермического процесса.

  19. Напишите уравнение и нарисуйте PV-диаграмму изобарического процесса.

  20. Напишите уравнение и нарисуйте PV-диаграмму изохорического процесса.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4_2



Похожие документы:

  1. Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений дневной, вечерней и заочной (дистанционной) форм обучения. М., 2002. 32 с содержание

    Реферат
    ... моделями (механика). Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений дневной, вечерней и заочной (дистанционной) форм обучения.- М., 2002.-32 с СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ 3 ВВЕДЕНИЕ ... (Савельев, т.1, § 27, 28). Запустите программу ...
  2. Учебно-методический комплекс дисциплина физическая культура для студентов всех специальностей

    Учебно-методический комплекс
    ... и контроля Дневная форма обучения Заочная форма обучения Полный курс ... на содержание технической подготовленности спортсменов. Техническая ... Студенческий спорт и жизнь : Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. М.: АО «Аспект Пресс». ...
  3. 1 физическое воспитание дошкольников, учащихся, студентов и взрослого населения, проживающих в различных экосредах

    Документ
    ... и спорта: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Ж. К. ... СТУДЕНТОВ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ НА ОСНОВЕ ИГРОВЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ Игровой метод обучения студентов технических ... содержание и формы организации // Физическое воспитание студентов, 27 ...
  4. Учебно-методический комплекс дисциплины методика преподавания литературы специальная

    Учебно-методический комплекс
    ... дневной), очно-заочной (вечерней) и заочной формах обучения ... технические средства обучения ... учебного предмета. Специфика содержания ... . Пособие для студентов и ... дистанционного образования Очная, вечерняя заочная формы – электронный. Дистанционное обучение ...
  5. Новые поступления из эбс «айбукс»

    Документ
    ... гидравлики и гидропривод [Электронный ресурс] : учебное пособие для студентов машиностроительных и механических специальностей высших технических учебных заведений / Д. В. Гроховский. - Электрон. текстовые ...

Другие похожие документы..