Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Мы дополнили приведенную автором библиографию некоторыми ссылками на работы, опубликованные в журнале «Успехи физических наук», и на нашу учебную литературу и всюду, где было возможно, заменили американские приборы, лампы, транзисторы отечественными с близкими параметрами (см. таблицу в Приложении к практикуму, составленную В. Ф. Кузачевым).
Перевод раздела 1 выполнен Е. А. Назаровой и П. А. Троицким, раздел 2 перевел В. П. Канавец, а разделы 3 и 4 — Б. В. Морозов.
А. Вайеенберг
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА
Этот лабораторный практикум был основан на физическом факультете Калифорнийского университета в Беркли как дополнение к Берклеевскому курсу физики. Лабораторный курс имеет ту же цель, что и теоретический: он призван отразить переворот, происшедший в физике за последние сто лет.
Разработанный автором физический практикум колледжа существенно отличается от практикумов, которые сопровождают большинство вводных физических курсов. Обычно лабораторный курс тесно связан с лекционным курсом. Его цель состоит в том, чтобы показать скептически настроенному студенту, что физические законы действительно можно проверить в лаборатории. Большинство студентов вполне готовы поверить в справедливость этих законов, но, к сожалению, они обнаруживают, что практика с ее многочисленными источниками ошибок находится в некотором противоречии с элегантными обобщениями, сделанными на лекциях. Другим недостатком обычных лабораторных практикумов является то, что они состоят из постоянного набора опытов. Поскольку значительная часть курса связана с физикой прошлого века, лабораторные опыты основаны на явлениях, известных в течение многих десятилетий, если не дольше. Такая лаборатория могла бы существовать и 25 лет назад, но современный студент, начинающий свое обучение, существенно отличается от прежнего. Он, по крайней мере поверхностно, информирован о достижениях современной науки, часто рассчитывает на научную карьеру, надеется, что курс даст ему возможность почувствовать дух современной науки. Студент, конечно, будет выполнять предложенные опыты, но вряд ли он сможет с таким же интересом работать с бечевками и блоками, как его предшественник пятьдесят лет назад.
Отобранные нами опыты имеют целью создать лабораторию, соответствующую духу современных физических исследований. Для этого ее пришлось сделать в значительной степени независимой от лекций Современный физик в лаборатории имеет дело с движением частиц в электрических и магнитных полях, и мы начинаем исследования этого аспекта динамики частиц вместо движения
7
макроскопических тел. Хотя знания студента в области теоретической динамики заряженных частиц невелики, нам кажется, что он сможет получить все необходимое из аналогии с гравитационными силами, уже знакомыми ему. При объяснении физических основ опыта мы очень сильно полагались на аналогию, отчасти потому, что этому методу познания уделяется очень мало внимания в обычном курсе. Мы, разумеется, хотели избежать в лабораторном курсе выдержек из обычного текста учебников физики. В начале курса мы сделали попытку дать краткое описание логической схемы опытов. Из-за того, что все опыты проводятся на одинаковом оборудовании, студенты смогут выполнять их в разумной последовательности. Так, например, от /Х#-генератора в разделе 1 они могут перейти к связанной паре генераторов в разделе 2, от связанной пары генераторов — к нагруженной линии задержки, от линии задержки — к передающей линии и от передающей линии — к излучению в пространстве. Это, конечно, не та последовательность, которая принята в учебниках. Нам кажется, что значительную часть теоретических вопросов можно объяснить с помощью аналогий и что такой метод изложения лучше всего подходит для лабораторного курса.
Для того чтобы раздел 1 нашего практикума принес пользу, студенты должны иметь хорошую подготовку в области классической механики, на которой основано большинство аналогий. Некоторое знакомство с электричеством полезно, но несущественно. Хотелось бы думать, что хороший школьный курс физики будет достаточной основой для этого практикума. Может быть, некоторым лабораторный курс покажется ограниченным по выбору тем. Он состоит из описания 36 опытов: разделы 1 и 2 содержат электрические явления, а физике теплоты, например, уделено небольшое внимание. Нам кажется, что попытка охватить больший круг явлений и экспериментальных методов привела бы к тому, что лабораторный курс стал бы слишком поверхностным. Для исследователя вообще совершенно недостаточно работать в лаборатории три часа в неделю. Поэтому начинающий студент-физик может достичь некоторой проницательности при проведении экспериментов только в том случае, если тема исследования не слишком широка. При этом он может глубоко проникнуть по крайней мере в один класс физических явлений. Очевидной причиной того, что мы избрали электронные методы, является их возрастающая роль не только в физике, но и в химии и биологии. Осциллограф — это сердце нашей лаборатории, и с развитием различного рода преобразователей и датчиков он становится универсальной считывающей схемой для быстро меняющихся переходных или периодических процессов.
