Физика : электричество и магнетизм. Ч. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2541 

Кафедра физики

 
 
 

Физика

Электричество и магнетизм 

Лабораторный практикум 
Часть 2 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2015 

УДК 537.6 
 
Ф50 

Р е ц е н з е н т  
д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Мухин 

Авторы: Ю.А. Андреенко, Т.М. Ахметчина, С.И. Валянский, Э.Н. Колесникова, 
Т.В. Морозова, Е.К. Наими, В.В. Пташинский, Ю.А. Рахштадт, И.Ф. Уварова, 
Р.В. Худобин, Д.А. Шулятев  

Физика : электричество и магнетизм : лаб. практикум. Ч. 2 /  
Ф50 Ю.А. Андреенко [и др.]. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2015. – 158 с. 

Лабораторный практикум по разделу «Электричество и магнетизм» состоит из двух частей. Во второй части приведены описания девяти лабораторных работ, поставленных на базе современного оборудования фирмы 
PHYWE.  
Рассмотрены следующие темы: законы электростатики; законы постоянного тока; основы электронной теории проводимости металлов и полупроводников; законы электролиза; закон Био – Савара – Лапласа; действие магнитного поля на проводник с током; электромагнитная индукция; колебательные процессы в электрических цепях. К каждой работе дано теоретическое введение.  
Содержание работ соответствует учебной программе по дисциплине 
«Физический лабораторный практикум».  
Предназначен для студентов всех направлений обучения. 

УДК 537.6 

 


Коллектив авторов, 2015 
НИТУ «МИСиС», 2015 

СОДЕРЖАНИЕ 

Общая характеристика дисциплины «Физический лабораторный 
практикум» ................................................................................................ 4 

Физический лабораторный практикум «Электричество  
и магнетизм». Часть 2. Аннотации лабораторных работ  
(Е.К. Наими) .............................................................................................. 9 

Лабораторная работа 2-09. Электростатическое поле заряженных 
металлических сфер (Ю.А. Рахштадт, Р.В. Худобин) ....................... 19 

Лабораторная работа 2-10. Измерение малых сопротивлений 
(И.Ф. Уварова) ........................................................................................ 41 

Лабораторная работа 2-11. Тепло- и электропроводность металлов 
(закон Видемана – Франца) (Ю.А. Андреенко, Э.Н. Колесникова) .... 53 

Лабораторная работа 2-12. Температурная зависимость 
сопротивления резисторов и диодов (В.В. Пташинский, 
Д.А. Шулятев) ......................................................................................... 69 

Лабораторная работа 2-13. Законы электролиза Фарадея 
(С.И. Валянский) ..................................................................................... 85 

Лабораторная работа 2-14. Магнитное поле соленоида 
(Т.В. Морозова) ....................................................................................... 99 

Лабораторная работа 2-15. Действие силы на проводник с током 
в магнитном поле (закон Ампера) (В.В. Пташинский) ..................... 114 

Лабораторная работа 2-16. Электромагнитная индукция 
(Т.А. Ахметчина) ................................................................................... 125 

Лабораторная работа 2-17. Колебательные процессы  
в электрических цепях (RLC-контур) (С.И. Валянский) ................... 140 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ 
«ФИЗИЧЕСКИЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ» 

1. Цели и задачи освоения дисциплины 

Цели: 
1. Сформировать навыки проведения физического эксперимента с 
использованием современного физического оборудования и компьютерных методов обработки результатов измерений. 
2. Подготовить к применению полученных знаний при изучении и 
усвоении других разделов физики и общепрофессиональных дисциплин, а также специальных дисциплин по направлениям обучения. 
Задачи: 
1. Научить методам постановки и проведения экспериментального 
исследования физических явлений и процессов на основе знаний 
универсальных законов физики. 
2. Научить использовать современные вычислительные средства 
для компьютерного моделирования различных физических процессов и явлений. 
3. Научить осуществлять обработку экспериментальных результатов с применением автоматизированных систем и компьютерной 
техники. 

2. Место дисциплины  
в структуре ООП бакалавриата 

Физика – наука, изучающая наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, законы её движения. 
Поэтому понятия физики и её законы лежат в основе всего естествознания. Границы, отделяющие физику от других естественных наук, 
в значительной мере условны и меняются с течением времени. 
В своей основе физика – экспериментальная наука: её законы базируются на фактах, установленных опытным путём. Эти законы 
представляют собой количественные соотношения и формулируются 
на математическом языке. Различают экспериментальную физику – 
опыты, проводимые для обнаружения новых фактов и для проверки 
известных физических законов, и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в предсказании но

вых явлений. При изучении любого явления опыт и теория в равной 
мере необходимы и взаимосвязаны. 
Физика является базовой дисциплиной для естественнонаучного 
цикла дисциплин в подготовке бакалавров по всем направлениям 
обучения, связанным как с наукой о материалах, так и с техникой. 
Наряду с усвоением фундаментальных знаний и законов, подкрепленных натурным лабораторным практикумом, данный курс ставит 
также цель привить студентам навыки и умение моделировать различные физические процессы и явления. Не заменяя традиционные 
формы обучения, применение компьютерных моделей в физическом 
практикуме предоставляет новые технологии для процесса обучения. 
Компьютерные модели являются наглядным представлением экспериментов, достоверно отражают физические законы, а диапазон регулируемых параметров позволяет получать достаточное количество 
исследуемых состояний. Поэтому комплексный подход к использованию натурного и виртуального лабораторных практикумов по физике является методически обоснованным. 
Настоящий курс разделен на четыре семестровых модуля: 
1. Физический лабораторный практикум 1 (Механика и молекулярная физика). 
2. Физический лабораторный практикум 2 (Электричество и магнетизм). 
3. Физический лабораторный практикум 3 (Оптика. Атомная и 
ядерная физика). 
4. Физический лабораторный практикум 4 (Физика волновых процессов). 
Каждый модуль имеет практико-ориентированную направленность. 

3. Компетенции 

Уметь использовать полученные знания универсальных законов физики для корректной постановки и решения экспериментальных задач в 
ходе профессиональной деятельности; решать экспериментальные задачи с применением современного оборудования и различных методик, в 
том числе с использованием вычислительных средств. Уметь выбирать 
и применять соответствующие методы моделирования физических процессов и явлений; осуществлять обработку экспериментальных результатов с применением автоматизированных систем и пакетов специализированных прикладных программ. 

4. Образовательные технологии и методические 
рекомендации по изучению дисциплины 

При изучении вопросов, предусмотренных рабочей программой 
дисциплины «Физический лабораторный практикум», преподаватель 
совместно с куратором лаборатории определяют порядок и степень 
детализации выполнения лабораторных работ с учетом целей и задач 
конкретного направления подготовки бакалавров. Студенты должны 
знать о роли и значении получаемых знаний, умений и опыта для успешной профессиональной работы в выбранном направлении. 
Для изучения дисциплины в библиотеке вуза имеется в наличии 
обязательная и дополнительная учебная литература, указанная в п. 6. 
При реализации различных видов учебной работы необходимо использовать в требуемом объеме информационный ресурс электронного контента (п. 6), размещенного на сайте кафедры физики 
http://www.misis.ru, а также в информационной образовательной системе МИСиС-СИТИ http://www.sp.misis.ru 
Лабораторные занятия проводятся в специализированных лабораториях кафедры физики, оснащенных современным лабораторным 
оборудованием и имеющих сетевую версию виртуального практикума с рабочими местами на два человека, оснащенными персональными компьютерами. Каждая работа включает в себя следующие 
разделы: цель работы; теоретическое введение; описание экспериментальной установки; порядок выполнения работы; обработка результатов эксперимента; библиографический список; контрольные 
вопросы для самопроверки. Все перечисленные разделы должны 
быть обязательно освещены в лабораторном журнале (конспекте лабораторной работы) студента. 
Выполнение каждой лабораторной работы рассчитано на два академических часа. Каждый студент выполняет только те лабораторные работы, которые предусмотрены его маршрутом. Компьютерные 
лабораторные работы выполняются в часы проведения лабораторных 
занятий. 
При выполнении лабораторных работ необходимо строго следить 
за соблюдением студентами правил техники безопасности и охраны 
труда, установленных на рабочих местах в лаборатории. Каждому 
студенту в начале семестра должно быть выдано индивидуальное 
задание для выполнения лабораторных работ. 
Проведение контроля подготовленности студентов к лабораторным занятиям, итогового и промежуточного контроля уровня освое

ния знаний по разделам дисциплины, а также предварительного итогового контроля уровня освоения знаний за семестр рекомендуется 
проводить с использованием сертифицированных тестов и автоматизированной системы обработки результатов тестирования. Также рекомендуется использование единой системы обозначения физических величин (СИ). 

5. Материально-техническое обеспечение 
освоения дисциплины 

1. Специализированная учебная лаборатория «Механика. Молекулярная физика и термодинамика» (комн. Б-709, Б-711). 
2. Специализированная учебная лаборатория «Электричество и 
магнетизм» (комн. Б-718, Б-720). 
3. Специализированная учебная лаборатория «Оптика. Атомная и 
ядерная физика» (комн. Б-713, Б-715). 
4. Специализированная учебная лаборатория «Колебания и волны» (комн. Б-722). 
5. Специализированный кабинет самостоятельной подготовки 
студентов (комн. Б-708). 
Все специализированные учебные лаборатории оснащены современным лабораторным оборудованием фирмы PHYWE (Германия) и 
имеют сетевую версию «Виртуального практикума по физике для 
вузов». 

6. Учебно-методическое и информационное 
обеспечение дисциплины 

Основная литература: 
Физика. Механика. Молекулярная физика и термодинамика: Лаб. 
практикум. Ч. 1. М.: Изд. Дом МИСиС, 2008. 126 с. 
Физика. Механика. Молекулярная физика и термодинамика: Лаб. 
практикум. Ч. 2. М.: Изд. Дом МИСиС. 2009. 123 с. 
Физика. Электромагнетизм: Лаб. практикум. Ч. 1. М.: Изд. Дом 
МИСиС, 2009. 140 с. 
Физика. Электромагнетизм: Лаб. практикум. Ч. 2. М.: Изд. Дом 
МИСиС, 2010. 140 с. 
Физика. Оптика. Атомная и ядерная физика: Лаб. практикум. Ч. 1. 
М.: Изд. Дом МИСиС, 2008. 132 с. 
Физика. Оптика. Атомная и ядерная физика: Лаб. практикум. Ч. 2. 
М.: Изд. Дом МИСиС, 2009. 148 с. 

Степанова В.А. Физика. Лабораторный практикум с компьютерными моделями. М.: Изд. Дом МИСиС, 2010. 128 с. 
Капуткин Д.Е., Шустиков А.Г. Физика. Обработка результатов 
измерений при выполнении лабораторных работ: Учеб. пособие. М.: 
МИСиС, 2007. 108 с. 

Дополнительная литература: 
Савельев И.В. Курс общей физики. М.: АСТ: Астрель, 2006. Кн. 1. 
253 с. 
Савельев И.В. Курс общей физики. М.: АСТ: Астрель, 2006. Кн. 2. 
289 с. 
Савельев И.В. Курс общей физики. М.: АСТ: Астрель, 2007. Кн. 3. 
336 с. 
Савельев И.В. Курс общей физики. М.: АСТ: Астрель, 2004. Кн. 4. 
327 с. 
Савельев И.В. Курс общей физики. М.: АСТ: Астрель, 2001. Кн. 5. 
464 с. 

Электронный контент: 
Механика: Лаб. практикум / Е.К. Наими, М.И. Белов, В.А. Степанова и др. 2009. (http://www.misis.ru/ru/1506) 
Молекулярная физика и термодинамика: Лаб. практикум / Е.К. Наими, 
Д.Е. Капуткин, И.Ф. Уварова и др. 2009. (http://www.misis.ru/ru/1506) 
Электромагнетизм: Лаб. практикум. Ч. 2 / Е.К. Наими, Д.Е. Капуткин, Ю.А. Рахштадт и др. 2010. (http://www.misis.ru/ru/4528) 
Оптика: Лаб. практикум / Е.К. Наими, Д.Е. Капуткин, Ю.А. Рахштадт и др. 2009. (http://www.misis.ru/ru/1510) 
Атомная и ядерная физика: Лаб. практикум / Е.К. Наими, 
Ю.А. Рахштадт, И.Ф. Уварова и др. 2009. (http://www.misis.ru/ru/1510) 
Колебания и волны: Лаб. практикум / Е.К. Наими, С.М. Курашев, 
И.Ф. Уварова и др. 2010. (http://www.misis.ru/ru/4528) 
Рахштадт Ю.А. Справочные материалы к учебной общеуниверситетской дисциплине «Физика» (глоссарий). 2010. (http://www.misis.ru/ru/1311) 
 
Руководитель учебной лаборатории физического практикума 
профессор Е.К. Наими 

ФИЗИЧЕСКИЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 
«ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ» 

ЧАСТЬ 2 

Аннотации лабораторных работ 

Е.К. Наими 

Физический лабораторный практикум «Электричество и магнетизм» состоит из 2 частей и включает 17 лабораторных работ, выполняемых студентами 2-го курса всех направлений подготовки бакалавров и специалистов НИТУ «МИСиС» в соответствии с учебными планами по дисциплине «Физический лабораторный практикум», 
модуль 2: «Электричество и магнетизм». 
Все лабораторные работы поставлены на базе современного оборудования фирмы PHYWE (Германия). Лабораторное оборудование, 
производимое фирмой PHYWE, отличает высокая надежность, наглядность изучаемого физического явления, хороший дизайн. Многие работы снабжены аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) 
«Cobra 3» и персональными компьютерами с установленной на них 
универсальной программой «Measure», что позволяет в ходе выполнения лабораторной работы осуществлять управление физическим 
экспериментом, создавать базу данных, оперативно обрабатывать 
результаты измерений, представляя их в виде цифрового и/или графического материала. 
Каждая работа включает следующие разделы: цель работы; теоретическое введение; описание экспериментальной установки; порядок 
выполнения работы; обработка результатов эксперимента; библиографический список; контрольные вопросы для самопроверки. Перечисленные разделы должны быть обязательно освещены в лабораторном журнале (конспекте лабораторной работы) студента. 
Выполнение каждой лабораторной работы рассчитано на два академических часа. 
Лабораторные работы необходимо выполнять, строго соблюдая 
правила техники безопасности и охраны труда, установленные на 
рабочем месте студента в лаборатории. 
Настоящий лабораторный практикум включает в себя 9 лабораторных работ. 

1. Лабораторная работа 2-09.  
Электростатическое поле металлических сфер 

 

Цель работы (рис. 9) – изучить законы электростатики; измерить 
потенциал и напряженность электростатического поля заряженной 
металлической сферы. Излагаются основы электростатики. Даются 
определения напряженности и потенциала электростатического поля, 
устанавливается связь между ними. Формулируются принципы суперпозиции для напряженности и потенциала электрических полей. 
Приводится доказательство основных теорем электростатики – теоремы о циркуляции поля и теоремы Гаусса. Дается вывод формул 
для напряженности и потенциала электростатического поля внутри и 
вне равномерно заряженной сферической поверхности. Указывается 
зависимость модуля вектора напряженности и потенциала электрического поля металлической сферы от расстояния до центра сферы. 
Описывается методика измерения потенциала электростатического 
поля с помощью зонда на разных расстояниях от центра сферы. Даются расчетные формулы для потенциала и напряженности на разных расстояниях от заряженной сферы по измеренному потенциалу 
сферы, а также формула для определения электрического заряда на 
сфере. Приводится описание экспериментальной установки, порядка 
выполнения и обработки результатов измерений. Указываются формулы для оценки абсолютной и относительной погрешностей измерений. 

Рис.  9 

2. Лабораторная работа 2-10.  
Измерение малых сопротивлений 

 

Цель работы (рис. 10) – измерить сопротивление металлических 
низкоомных проводников цилиндрической формы; определить сопротивление контактов и мягких подводящих проводов. Излагаются 
основные законы постоянного тока, законы Ома для однородного 
участка цепи и для полной цепи. Дается определение удельного сопротивления. Приводится расчетная формула для сопротивления однородного цилиндрического проводника. Описываются различные 
методы измерения сопротивления металлических стержней из материалов с низким удельным сопротивлением. Особо подчеркивается, 
что при измерении сопротивления низкоомных металлических проводников необходимо учитывать сопротивления контактов и мягких 
подводящих проводов, которые могут оказаться больше сопротивления исследуемого проводника. Для определения сопротивления контактов и мягких соединительных проводников используется метод сравнения измеренных сопротивлений двух 
участков цепи. Приводится описание монтажной измерительной 
схемы, порядка выполнения и обработки результатов измерений. 
Указываются формулы для оценки абсолютной и относительной 
погрешностей определения сопротивлений. 

Рис. 10