Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Первые четыре опыта раздела 1 являются введением в динамику электронов. За экспериментальным исследованием отклонения электронов в однородных электрических и магнитных полях следует изучение движения по спирали и измерение скорости электрона методом времени пролета. Эта первая группа опытов знакомит
8
студента с ускорением и отклонением электрона, с периодическим движением и с устройством и работой электронно-лучевой трубки. Следующие четыре опыта знакомят с резонансным и нерезонансным откликом на толчки и синусоидальные сигналы. Нелинейные явления и отрицательное сопротивление рассмотрены в последних четырех опытах.
В разделе 2 продолжается синтез лабораторных опытов по электронике с использованием методов аналитической механики, изучаемой на лекциях и семинарах. Хотя непосредственным предметом лабораторных работ являются компоненты электроники, нас интересует (или должно интересовать) все то, что касается физики. По мере возможности мы будем использовать и обсуждать аналогии из других областей физики-.
Раздел 1 был в значительной степени ограничен изучением изолированных объектов: свободной частицы, тормозящейся частицы и осциллятора. В разделе 2 наше внимание будет направлено на связанные осцилляторы, периодические структуры и, в частности, на распространение волн в непрерывной среде. При этом большое внимание будет уделено явлению распространения и дифракции микроволн.
Раздел 3 лабораторного курса служит введением в статистическую физику. Мы познакомимся с радиоактивными источниками и рассмотрим случайные процессы на примере испускания электронов (Р-частиц) и фотонов (у-квантов). Затем мы перейдем к флуктуа-циям в потоке электронов и определим заряд электрона.
Мы используем явление фотоэлектронной эмиссии для регистрации фотонов в видимой части спектра. С помощью фотоумножителя мы сможем наблюдать флуктуации в потоке фотонов и, исходя из величины этих флуктуации, определим скорость счета фотонов. Наконец, мы используем этот экспериментальный метод для изучения поляризации и интерференции фотонов.
Раздел 4 лабораторного курса является введением в атомную физику. Здесь мы решили отказаться от способа изложения, который применялся для первых тридцати двух экспериментов в разделах 1, 2, 3, где использовалось стандартное и широко распространенное оборудование. По этой причине эксперименты могли выполняться всеми студентами в одинаковой последовательности. Оборудование, которое используется в опытах раздела 4, носит более специальный характер и стоит дороже. Поэтому мы считали, что не следует устанавливать какую-либо определенную последовательность проведения опытов, и рассматриваем раздел 4 скорее как программу лабораторных исследований. По этой причине мы решили отказаться от обсуждения теоретических вопросов и от каких-либо рекомендаций по проведению опытов и ограничились перепечаткой ряда классических работ, а также некоторых более современных исследований.
Алан М. Портис
ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ
В нашем лабораторном курсе мы будем иметь дело с двумя системами единиц и их комбинациями. Это гауссовская система СГС, которая используется исключительно в теоретической физике, и система СИ. Физик-экспериментатор должен хорошо знать теорию, ему необходимо уметь использовать обе системы единиц и переходить от одной к другой. Положение усложняется тем, что ему приходится иметь дело еще и со смешанными системами единиц, придуманными им самим. Описание двух основных систем единиц дается ниже.
1. Симметричная система единиц СГС, или гауссова система единиц, базируется на трех основных величинах: сантиметр длины, грамм массы и секунда времени.
Единица измерения заряда определяется из закона Кулона
р _ Я1Я2
т. е. заряд измеряется в единицах (эрг^см)1?*. Ток определяется как
т. е. единица тока (эрг-см)^'/сек.
Сила взаимодействия между двумя длинными проводниками, по которым течет ток, находится из выражения
I ГС2 " '
где с—2,99792« 1010 см/сек есть скорость распространения света в вакууме.
Электрическое поле ?=/7<7 измеряется в единицах (эрг/см*)*!*. Магнитная индукция
в ™
//с
также измеряется в единицах (эрг/см3)*/; или гауссах.
ю
2. Система единиц СИ — это согласованная система единиц механики, электричества и магнетизма, базирующаяся на четырех основных величинах: метр длины, килограмм массы, секунда времени и ампер тока. Ампер определяется из силы взаимодействия между двумя проводниками, по которым течет ток:
I ~ г '
Здесь сила измеряется в ньютонах, а / иг — в метрах.
Ниже в таблице приведен список некоторых физических величин, единицы измерения которых имеют специальные названия.
Название единиц (полное и сокращенное)
Физические величины Символ сгс СИ
Длина / сантиметр (см) метр (м)
Масса М, т грамм (г) килограмм (кг)
Время і секунда (сек) секунда (сек)
Сила дина (дин) = г>см/сек2 ньютон («) = кг -м/сек2
Работа и? зрг (эрг) = дин-см джоуль (дж)^=н-м
Мощность Р эрг/сек ватт (ет) = ёж/сек
Электрический за- <?. С} (эрг-см)1^1 кулон (к) —а-сек
ряд (эрг/см)^*
Электрический по- V вольт (е) — дж/к
