Fizika 10 klas - Goncharenko S.U.

( ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ )

1.Дослідне підтвердження закону Бойля — ІУіарїотта

Ме т а р о б о т и : дослідити, як змінюється об'єм певної маси газу (за сталої температури) зі ЗМІРЮЮ тиску, і встановити співвідношення між ними.

Обладнання: скляний циліндр висотою « 40 см з водою; скляна

трубка довжиною 40—50 см, закрита з одного кінця; вимірна лінійка з міліметровими поділками; барометр-анероїд БР-52 (один на клас); штатив універсальний.

Короткі теоретичні відомості. Закон Бойля — Маріотта можна порівняно просто перевірріти за допомогою нескладного обладнання. Якщо в циліндр з водою 1 опустріти відкритим кінцем вниз трубку 2 (мал. 207), повітря в ній буде під тиском,

280

Об'єм повітря в трубці V = 81, де І — довжина стовпчика повітря, а 5 — площа його поперечного перерізу. Оскільки площа поперечного перерізу трубки (а значить, і повітряного стовпчика) стала, її числове значення можна прийняти за значення V в умовних одиницях. Зі зміною глибини занурення трубки змінюються об'єм і тиск повітря в ній. Дослідіть залежність між цими величинами.

Хід роботи. 1. Виміряйте барометром атмосферний тиск Н (в мм рт. ст.). (Під таким тиском знаходиться повітря в трубці до її занурення у воду.)

2.Опустіть у воду трубку відкритим кінцем вниз на максимальну глибину. Виміряйте довжину І стовпчика повітря в трубці і різницю рівнів води в ній і циліндрі 1г.

3.Повторіть вимірювання / і 1г для двох менших глибин занурення трубки.

4.Обчисліть добутки С • ( Н + ^^ • І для всіх трьох

дослідів, порівняйте їх; зробіть висновок.

5.Обчисліть абсолютну АС і відносну ^ похибки вимірювань.

6.Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю такого вигляду:

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я . 1. Чому під час досліду не слід тримати трубку рукою? 2. Від чого залежить стала С в законі

Бойля — Маріотта? 3. Чи має істотне значення для досліду площа поперечного перерізу трубки?

2.Визначення модуля пружності гуми

Ме т а р о б о т и : експериментально перевірити закон Гука і визначити модуль пружності гуми.

Обладнання: гумова смужка довжиною 20—ЗО см з дротяною

петелькою на одному кінці; динамометр лабораторний на 4 Н; вимірна лінійка з міліметровими поділками; штангенциркуль.

Короткі теоретичні відомості. Для розтягу тіла формулу

г о

закону Гука можна записати так: Р = — А/, звідси

281

де Е — модуль пружності (Юнга) речовини, з якої складається деформоване тіло. Якщо виміряти Е, І, 8 і А/, можна визначити модуль пружності Е.

Хід роботи. 1. За допомогою штангенциркуля виміряйте ширину і товщину поперечного перерізу гумової смужки і обчисліть його площу.

2.Закріпіть вільний кінець гумової смужки в штативі і виміряйте її довжину від нижнього краю лапки штатива до петлі.

3.Зачепіть гачок динамометра за дротяну петлю і розтягуйте гуму. Виміряйте силу пружності, яка виникає від розтягу гуми на 5, 10, 15, 20, 25, ЗО мм.

4.За даними досліду побудуйте графік залежності розтягу гуми від прикладеної сили.

5.Виділіть на графіку прямолінійну ділянку і в межах цієї ділянки обчисліть модуль пружності для трьох-чотирьох значень сили.

6.Обчисліть середнє значення модуля пружності.

Ко н т р о л ь н і з а п и т а н н я . 1 . Щ о характеризує модуль пружності? 2. Якщо для дослідів взяти гумову смужку з більшим поперечним перерізом, то чи зміниться значення модуля пружності?

Аякщо смужка буде довша? 3. Чому для визначення модуля пружності треба брати значення сили у межах прямолінійної ділянки графіка?

3. Визначення питомого опору провідника

М е т а р о б о т и : виміряти питомий опір дроту; набути навичок користування амперметром, вольтметром, мікрометром.

Обладнання: дріт з матеріалу з великим питомим опором,

натягнутий на дерев'яну планку; лабораторний амперметр (шкільний); лабораторний вольтметр (шкільний); акумулятор; вимикач; реостат на б—10 Ом і 2 А; мікрометр; лінійка з ціною поділки 1 мм/под.; з'єднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості. Питомий опір матеріалу можна обчислити, використовуючи формули

де й — діаметр провідника. Опір провідника Е можна виміряти, склавши електричне коло за схемою, поданою на

282

струму).

2.Виміряйте силу струму і напругу на досліджуваному опорі за цієї сили струму.

3.Виміряйте довжину провідника лінійкою, а діаметр дроту — мікрометром у трьох-чотирьох місцях. Якщо результати вимірювань діаметра дроту різні, обчисліть середнє значення діаметра.

4.Обчисліть приблизне значення питомого опору провідника.

5.Визначте інструментальні похибки вимірювальних приладів і похибки відліку. Обчисліть максимальні абсолютні

івідносні похибки вимірювань величин С7, <і, /, і. Обчисліть максимальні відносну і абсолютну похибки вимірювання питомого опору провідника.

6.Запишіть результат вимірювання питомого опору провідника у вигляді р =ь Ар, в = ... %.

За допомогою довідника визначте матеріал провідника.

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я . 1. Що таке питомий опір і в яких одиницях його вимірюють? 2. Чому для виготовлення

нагрівних приладів застосовують провідники з великим питомим опором, а для підвідних провідників з малим?

4. Послідовне і паралельне з'єднання провідників

М е т а р о б о т и : навчитись з'єднувати провідники послідовно і паралельно, визначати їх опір у разі такого з'єднання, розподіл сил струмів і напруг.

Обладнання: батарея акумуляторів; два дротяні резистори;

амперметр постійного струму на 1 А; вольтметр постійного струму на 4 В; реостат; вимикач; з'єднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості. У процесі виконання роботи перевіряють такі закони:

283

Я1 #2

я

• " ч и ї - ® - 1

1. Для послідовного з'єднання провідників:

2. Для паралельного з'єднання провідників:

роботи. 1. Складіть коло для вивчення послідовного з'єднання резисторів (мал. 209).

2.Виміряйте силу струму і напруги на обох резисторах, приєднавши вольтметр почергово до потрібних точок кола.

3.Перевірте виконання законів з'єднання і зробіть висновки.

4.Складіть коло для вивчення паралельного з'єднання резисторів (мал. 210).

5.Виміряйте напругу і сили струмів в окремих резисторах, вмикаючи амперметр у відповідні гілки кола.

6.Перевірте виконання законів з'єднання і зробіть висновок.

Ко н т р о л ь н і з а п и т а н н я . 1 . Я к з'єднуються споживачі

електроенергії у квартирах? Чому? 2. У кімнаті світить люстра з 6 ламп. Чи зміниться напруга на клемах ламп, якщо половину з них вимкнути?

5. Вимірювання ЕРС ї внутрішнього опору

джерела струму

М е т а р о б о т и : ознайомитися з одним і з методів вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму.

Обладнання: досліджуваний гальванічний елемент (акумулятор

або батарейка кишенькового ліхтарика); лабораторний амперметр (шкільний); лабораторний вольтметр (шкільний); реостат на б—8 Ом і 2 А; вимикач та з'єднувальні провідники.

284

(мал. 211). Перевірте надійність електричних контактів, правильність вмикання амперметра і вольтметра.

2.Зніміть показання вольтметра, коли вимикач розімкнутий.

3.Замкніть коло і за допомогою реостата відрегулюйте силу струму так, щоб стрілка амперметра встановилася проти цілої поділки шкали амперметра.

4.Запишіть значення сили струму І і напруги на зовнішній ділянці кола II.

вольтметра, визначте максимальну відносну похибку результату:

єАг = А/ А^в

г/

8.Визначте максимальну абсолютну похибку Аг = єг і запишіть значення внутрішнього опору джерела струму з урахуванням похибки вимірювання: г ± Аг.

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я . 1 . Чому показання вольтметра різні при розімкнутому і замкнутому вимикачі? 2. Чому не можна безпосередньо виміряти точно ЕРС джерела? Як можна підвищити точність вимірювання ЕРС джерела?

6.Спостереження дії магнітного поля на струм

Ме т а р о б о т и : дослідити взаємодію провідника з і струмом і магніту. Набути практичних навичок у визначенні напряму руху провідника зі струмом у магні тному полі.

Обладнання: джерело постійного струму, штабовий магніт,

штатив, вимикач, котушка, з'єднувальні провідники.

285

Короткі теоретичні відомості. На провідник зі струмом І, вміщений у магнітне поле з індукцією В, діє сила Ампера і*7 = ВИ 8Іп а, напрям якої визначається за правилом лівої руки.

Хід роботи. 1. Підвісьте котушку до штатива, приєднавши її до джерела струму послідовно з реостатом і вимикачем. Попередньо вимикач слід розімкнути, повзун реостата встановити на максимальний опір.

2.До підвішеної котушки піднесіть магніт і, замикаючи коло, спостерігайте за рухом котушки.

3.У звіті про роботу зробіть малюнки магніту і котушки, вкажіть напрям ліній магнітної індукції і напрям струму в котушці під час замикання кола.

4. Визначте передбачуваний напрям руху котушки для обох випадків і вкажіть його на кожному малюнку.

5.Перевірте на досліді правильність припущень про напрям руху котушки.

6.Повторіть досліди, змінивши напрям струму в котушці і на відповідних малюнках укажіть напрям руху котушки.

7.Визначення заряду електрона

Ме т а р о б о т и : навчитися застосовувати закон Фарадея для визначення елементарного електричного заряду.

Обладнання: електролітична ванна з водним розчином сульфату

купруму Си804 і мідними електродами; джерело постійного струму; секундомір або годинник із секундною стрілкою, амперметр постійного струму на 1—2 А; терези з важками; реостат з ковзним контактом; наждачний і фільтрувальний папір; вимикач; сушильна камера; з'єднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості. Згідно з законом Фарадея для

електролізу т = —Ц-- ІАі, звідси пеМА

заряд електрона е = птМА ІАі.

Щоб визначити масу міді, яка виділилася на катоді, його зважують до і після виконання досліду (відповідно тх і 7П2). Тому т = т2 ~ тЛ і формула для визна-

286

ЗАДАЧІ ДЛЯ ПОВТОРЕННЯ

1.Чому об'єм розчину спирту у воді менший за суму об'ємів води і спирту, взятих окремо?

2.Чому сильно надута і щільно зав'язана гумова кулька виявляється через кілька днів «здутою»?

3.Якщо мікропористою трубою, вміщеною в герметичний резервуар, з якого відкачане повітря, пропускати суміш газів, то

врезервуарі накопичуватиметься газ з більшим, ніж у трубі, відносним вмістом «легких» молекул. Як це пояснити?

4.На рівноплечих терезах встановлені дві однакові посудини. Одна заповнена сухим повітрям, друга — вологим, яке має такі самі тиск і температуру, що й сухе. Яка з цих посудин важча?

5.Визначити відносні молекулярні маси молекул вугле-

кислого газу (С02), аміаку (МН3), хлоридної кислоти (НС1) і нітратної кислоти (НЖ)3).

6.Обчислити маси атомів Фтору, Натрію і Аргентуму і маси молекул речовин, перелічених у задачі 5.

7.Знайти кількість молекул у 2 кг вуглекислого газу.

8.Яка кількість речовини міститься в 100 см3 міді, якщо її густина становить 9-103 кг/м3?

9.Гранично допустима концентрація оксиду карбону у повітрі 0,02 мг/л, а пари ртуті — 0,0015 мг/л. Яке співвідношення числа молекул оксиду карбону і пари ртуті в і л повітря за гранично допустимих доз?

10.Яка кількість речовини міститься в одноатомному водні масою пі і = 1 г? у двохатомному водні масою т2 — 2 г?

11.Чому броунівський рух не спостерігається на прикладі чаїнок у склянці?

12.Чому розбиту склянку не можна зібрати, з'єднавши осколки, хоч між ними існують сили зчеплення?

13.У посудині об'ємом V = 1 0 м3 міститься v — 1 моль водню.

Скільки молекул водню підлітає за і = 1 с до поверхні кожної з чотирьох стінок площею по & = 1 м2? Вважати стінки плоскими.

Модуль проекції швидкості молекул на будь-яку вісь вважати рівним V = 1000 м/с.

14.У перший момент після вибуху ядерної бомби виникає газова куля, температура якої дорівнює Т = 2 • 107 К. Яка середня кінетична енергія окремої частинки такого газу?

15. Балон об'ємом V = 50 л містить кисень за температури і = 27 °С під тиском р — 2-Ю6 Па. Визначити масу і число молів кисню в цьому балоні.

16.Балон містить стиснутий газ під тиском р — 5 • 105 Па. Яким буде тиск газу, якщо з балона випустити половину маси газу, а температуру підвищити від 17 С до 27 С?

17.У балоні об'ємом V = 24 л знаходиться водень за температури і — 15 °С. Після того як частину водню витратили,

9ЯК

тиск у балоні знизився на Ар = 4 • 105 Па. Визначити масу витраченого водню.

18.Балон об'ємом V = 40 л містить кисень масою т = 2,6 кг.

За якої температури виникає небезпека вибуху балона, якщо допустимий тиск не більше р = 5 • 106 Па?

19.Газовий пальник потребує т — 71,2 г світильного газу (М = 16,4 • 10~3 кг/моль) за Аі = 1 год. Яким має бути об'єм газового балона, щоб маси газу, яка в ньому міститься за тиску

р= 107 Па, вистачило на і — 12 год роботи пальника? Температура газу ( = 0 Сі під час роботи пальника залишається сталою.

20.За температури і1 — 27 °С і тиску р1 — 105 Па об'єм повітряної кулі, заповненої гелієм, дорівнює V — 500 м3. Яким буде об'єм цієї кулі при піднятті у верхні шари атмосфери, де її

температура знизиться до і2 = ~33 °С, а тиск навколишнього повітря стане рівним р2 — 5 • 104 Па? Масу гелію вважати сталою.

21.У компресор надходить повітря об'ємом У^ = 0,6 м3 за нормального атмосферного тиску і температури — 10 С. До

якого тиску буде стиснуте повітря, якщо за температури

і2 — 80 °С його об'єм дорівнював У2 — 200 дм3?

22. У балоні об'ємом V = 0,2 м3 знаходиться гелій під тиском Рі — 105 Па за температури — 17 °С. Після підкачування гелію тиск підвищився до р2 — З ' Ю 5 Па, а температура зросла до і2 — 47 °С. На скільки збільшилась маса т гелію? Молярна маса гелію дорівнює М = 0,004 кг/моль. Універсальна газова стала

Я= 8,31 Дж/(моль-К).

23.У циліндрі дизельного двигуна об'єм повітря під час

стискання поршнем зменшується в п — 20 раз, тиск збільшується від рх — 105 Па до р2 = 6 • 106 Па. Яка температура повітря в кінці процесу стиснення, якщо на початку процесу вона дорівнювала іг= 27 °С?

24.У балоні об'ємом V — 100 л міститься гелій під тиском

р1 5*106 Па за температури Т1 = 300 К. Вентиль балона зіпсувався, і гелій почав витікати. Коли вентиль відремонтували, тиск у балоні виявився рівним р2 = 5,1 • 106 Па, але температура підвищилась до Т2 — 340 К. Знайти масу гелію, яка витекла з балона. Молярна маса гелію М — 4* 10 3 кг/моль.

25.Певна маса ідеального газу зазнає спочатку ізобарного розширення, а потім ізотермічного стискання. Зобразити ці процеси графічно, взявши за осі координат /;, Т (а) і У, Т (б).

26.Певна маса ідеального газу зазнає спочатку ізобарного підвищення температури, а потім, після ізотермічного стискання

іізохорного охолодження, повертається у вихідний стан. Зобразити ці процеси графічно у координатах (р, V) і (р, Т).

27.Певна маса ідеального газу піддається ізохорному охолодженню, а потім ізотермічному стисненню. Зобразити графічно ці процеси у координатах (р, У), (V, Т) і (Т, р).