Physiklabor
Das Physikalische Praktikum des Fachbereichs 2 vermittelt zwischen Experimentalvorlesungen und Übungen die praktische Anwendung des zuvor erlernten Stoffes. Die Durchführung der physikalischen Versuche findet in Zweiergruppen statt, was eine gute praktische Ausbildung zulässt. Es stehen zehn Versuche aus den Bereichen Mechanik, Schwingungen, Wellen, Optik und Thermodynamik zur Verfügung.
Standort
Gebäude 7,
Räume 301, 302, 312, 313
Versuche: Labor 1
Theorie
Schwerpunkte
- Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität einer Flüssigkeit und eines Metalls
- 1. Hauptsatz der Thermodynamik
Physikalische Größen
- cFl = spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit
- CK = Wärmekapazität des Kalorimeters
- mw = Wasserwert des Kalorimeters
- Q = Wärme
- T = Temperatur
- m = Masse
- Wel = elektrische Energie, elektrische Arbeit
- Uel = elektrische Spannung
- I = elektrischer Strom
- t = Zeit
Labor
Geräte
- Kalorimeter
- Flüssigkeits- und Digital-Thermometer
- PC
- Volt- und Amperemeter
Handhabung
- Elektrische Verschaltung
- Aufnehmen von Messreihen
- korrektes Ermitteln der Wassermassen
- Vermeiden von Temperaturunterschieden durch Umrühren
Auswertung
Aufgabenstellung
- Herleitung der Gleichung für cFl und Berechnung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser
- Bestimmung der Wärmekapazität eines Festkörpers cFest
Graphische Darstellung
Darstellung des Temperaturverlaufs des Wassers mit der Zeit
Ergebnisdiskussion
Vergleich der ermittelten c-Werte mit dem Literaturwert
Theorie
Schwerpunkte
- Brechungsindex
- Konvexlinsen (Sammellinsen)
- Konkavlinsen (Zerstreuungslinsen)
- Brennweitenbestimmung
- Bessel-Methode
- Linsenfehler: Sphärische Aberration
Physikalische Größen
- f = Brennweite
- a = Objektweite
- a' = Bildweite
- n = Brechungsindex
- r = Krümmungsradius
Labor
Geräte
- Optische Bank
- Laser
Handhabung
- Messreihen aufnehmen
- optische Justierung
Auswertung
Aufgabenstellung
- Bestimmung des Brechungsindex
- Linsenfehler-Untersuchung mit
a) Ringblenden bei der sphärische Aberration
b) Farbfilter bei der chromatischen Aberration - Brennweitenbestimmung von Konvex- und Konkavlinsen
Graphische Darstellung
zu 1. Ausfallswinkel = f (Einfallswinkel)
zu 2. lineare Darstellung
a) Brennweite f = (Ringblendendurchmesser s)
b) Brennweite f = (Wellenlänge)
Ergebnisdiskussion
zu 2. Bedeutung der Linsenfehler
Theorie
Schwerpunkte
- Bestimmung der Fallbeschleunigung g auf zwei verschiedene Arten
- Bestimmung des Reibungskoeffizienten
- Freier Fall
- Verzögerter Fall - Atwoodsche Fallmaschine
- Fahrbahnversuch
Physikalische Größen
- s = Weg
- t = Zeit
- m = Masse
- l = Länge
- g = Erdbeschleunigung
- μ = Reibungskoeffizient
- F = Kraft
Labor
Geräte
Digitale Zeitmesser und elektromechanische Kontakte
Handhabung
- Elektrische Verschaltung
- Messreihen aufnehmen
Auswertung
Aufgabenstellung
Bestimmung von g
zu 1. aus der Steigung einer Ausgleichsgeraden
zu 2. aus dem Mittelwert der Zeitmessung
zu 3. Bestimmung des Reibungskoeffizienten
Graphische Darstellung
zu 1. s als Funktion von t
Ergebnisdiskussion
zu 1.- 2. Vergleich mit dem Literaturwert
Versuche: Labor 2
Theorie
Schwerpunkte
- Bestimmung der Winkelrichtgröße D* (Gerätekonstante)
- eines Massenträgheitsmoments J
- eines Drahtdurchmessers d
Physikalische Größen
- D* = Winkelrichtgröße
- J = Massenträgheitsmoment
- G = Schubmodul
- s = Strecke
- m = Masse
- l = Länge
- t = Zeit
- T = Periodendauer
Labor
Geräte
- Genaue Messung mittels eines Lichtzeigers
- Zeitmessung mittels Handstoppuhren
- Drahtdickenbestimmung mittels eines Lasers und einer Bügelmessschraube
Handhabung
- Messreihen aufnehmen
- mechanische Justierung
Auswertung
Aufgabenstellung
- Statische Bestimmung von D*
- Dynamische Bestimmung von D*
- Bestimmung des Trägheitsmoments J eines Körpers
- Berechnung eines Drahtdurchmessers d
Graphische Darstellung
Keine
Messunsicherheit
zu 1. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
zu 2. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
zu 3. Keine
zu 4. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
Ergebnisdiskussion
zu 1.+ 2. Vergleich der Ergebnisse
Theorie
Schwerpunkte
- Stehende Wellen
- Polarisation
- Totalreflexion
Physikalische Größen
- λ = Wellenlänge
- f = Frequenz
- c = Lichtgeschwindigkeit
Labor
Geräte
- Mikrowellensender
- Mikrowellenempfänger
- Michelson-Interferometer
Handhabung
- Messreihen aufnehmen
- elektrische Verdrahtung
Auswertung
Aufgabenstellung
Bestimmung
- der Polarisationsebene
- der Richtcharakteristik des Senders
- der Wellenlänge mit dem Michelson-Interferometer durch Überlagerung von Wellen
- der Wellenlänge aus einer stehenden Welle
- der Frequenz des Senders
- Untersuchung der Totalreflexion
Grafische Darstellung
zu 2. Richtcharakteristik in Polardarstellung
zu 6. Darstellung des Reflexionsverhaltens
Messunsicherheit
zu 3.+ 4. Standardabweichung des Mittelwertes
zu 5. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
Ergebnisdiskussion
zu 1. Erklärung der Polarisationsrichtung
Theorie
Schwerpunkte
- Bestimmung der Fallbeschleunigung g mit einem Reversionspendel
- Bestimmung der Federsteife
Physikalische Größen
- s = Weg
- t = Zeit
- m = Masse
- l = Länge
- g = Erdbeschleunigung
- T = Periodendauer
- D = Federsteife (Federkonstante)
Labor
Geräte
- Digitale Zeitmesser
- Lichtschranke
Handhabung
- Elektrische Verschaltung
- Aufnahme von Messreihen
Auswertung
Aufgabenstellung
- Bestimmung von g aus dem Schnittpunkt zweier Messkurven
- Ermittlung der Federkonstanten mit einem statischen und einem dynamischen Verfahren
Graphische Darstellung
TA und TB als Funktion von lAB Kraft als Funktion der Federauslenkung Periodendauer als Funktion der Masse
Ergebnisdiskussion
Vergleich der ermittelten Erdbeschleunigung mit dem Literaturwert
Theorie
Schwerpunkte
- Longitudinalwellen
- Reflexion
- stehende Wellen
- Phasenverschiebung
- Kundtsches Rohr
- Lissajous-Figuren
Physikalische Größen
- c = Schallgeschwindigkeit
- λ = Wellenlänge
- f = Frequenz
- Δφ = Phasenverschiebung
Labor
Geräte
- Messmikrofone
- elektronische Zeitmessung
- Niederfrequenz-Generator
- Lautsprecher
- Oszillograph
Handhabung
- Manuelle Justierung
- elektrische Verschaltung
- Messreihen aufnehmen
Auswertung
Aufgabenstellung
Experimentelle Bestimmung der Schallgeschwindigkeit
- durch Temperaturmessung
- durch Laufzeitmessung
- über stehende Wellen
a) geschlossenes Rohr und / oder
b) offenes Rohr - mit der Phasenverschiebung
Graphische Darstellung
Keine
Messunsicherheit
zu 1.+ 2. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
Ergebnisdiskussion
Vergleich der c-Werte mit dem Literaturwert
Theorie
Schwerpunkte
Bestimmung der Drehfederkonstanten und Massenträgheitsmomenten
Physikalische Größen
- J = Massenträgheitsmoment
- M = Drehmoment
- φ = Amplitude des Drehwinkels
- ω = Kreisfrequenz bzw. Winkelgeschwindigkeit
- f = Frequenz
- T = Schwingungsdauer, Periode
- D* = Drehfederkonstante oder Winkelrichtgröße
Labor
Geräte
- Schwingsystem mit einer Spiralfeder
- Stoppuhr
- Federwaage
- Winkelmesser
Handhabung
Messreihen aufnehmen
Aufgabenstellung
- Statische Bestimmung der Drehfederkonstante D*
- Dynamische Bestimmung der Drehfederkonstante D*
- Vergleich der experimentell und der theoretisch bestimmten Massenträgheitsmomente von Scheibe, Kugel, Voll- und Hohlzylinder, Stange
Grafische Darstellung
zu 4. T 2 = (s2)
Messunsicherheit
zu 1.-3. Gaußsche Fortpflanzung der Messunsicherheiten
Ergebnisdiskussion
Bei welchen Größen ist eine genauere Messung sinnvoll, um ein besseres Ergebnis zu erhalten?
Theorie
Schwerpunkte
- Untersuchung gedämpfter und erzwungener Schwingungen
- Verhalten von Amplituden
- Dämpfungen
- Phasenwinkeln
Physikalische Größen
- F = Kraft
- x^ = Federauslenkung, Amplitude
- c = Federsteife
- ω = Winkelgeschwindigkeit
- φ = Phasenwinkel
- f = Frequenz
- T = Schwingdauer, Periode
- δ = Dämpfungskonstante
- μ = Reibungskoeffizient
- Q = Güte des Schwingungssystems
Labor
Geräte
Vertikale Schwingsysteme mit einer Wendelfeder
- Gedämpfte Schwingung
- Erzwungene Schwingung
Handhabung
- Mechanische Justierung
- Aufnahme von Messreihen
Auswertung
Aufgabenstellung
Gedämpfte Schwingungen
a) Bestimmung der Federsteife
b) Untersuchung der wegabhängigen Reibung
c) Untersuchung der geschwindigkeitsabhängigen LuftreibungErzwungene Schwingungen
a) Bestimmung der Federsteife
b) Aufnahme der Resonanzkurven
Graphische Darstellung
zu 1. c) Überprüfung des exponentiellen Abfalls der Amplitude durch Auftragung des Amplitudenverlaufs auf einfach-log. Papier.
zu 2. b) (ω)-Kurven und eine φ(ω)-Kurve
Messunsicherheit
zu 1. a) Berechnung der Unsicherheit der Ergebnisse
Ergebnisdiskussion
Deutung der Resonanz
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