Василевская L, Gyrdymov M, Kantor P, Kokhanov K, Kirov експериментални задачи, физика
Продължение. Вижте # 1, 3/08
К. А. КОХАНОВ, М. В. ГИРДИМОВ,
П.Я.КАНТОР, Л.И. Василевская,
ЦДООШ, Киров
Задачи на регионални и градски олимпиади на Кировска област,
2004-2007.
девет (8.06). Оценете специфичната топлина на пластмасов материал.
Оборудване: изследван пластмасов материал, цилиндрично стъкло, съд с ледена вода (един за всички), съд с вода (един за всички), термометър (евентуално със счупена скала или с измервателна колона, която има прекъсвания), владетел.
Инструкции: 1) когато оценявате, вземете предвид, че топлинният капацитет на чашата и термометъра е малък, топлинните загуби могат да бъдат пренебрегнати; 2) плътността на водата е 1000 kg/m 3, специфичната топлина на водата е 4200 J/(kg ° C).
Разтворимост: 6/22 = 27%.
Решение. Нека определим масата на пластмасовия материал (пластилин). Нека направим лодка от парче пластилин, която би плавала в чаша вода, без да докосва стените на съда. Тъй като лодката плава във вода, ефектът на гравитацията върху пластилина се балансира от действието на силата на Архимед върху него: mпg = FА, където mп е масата на пластилина. Тогава:
където в е плътността на водата, V е изместеният обем вода, h е промяната в нивото на водата, когато лодката плува, R е радиусът на плавателния съд.
Нека определим специфичния топлинен капацитет на пластилина. Нека измерим първоначалната му температура t1, като внимателно потопим крушката на термометъра в пластилин за известно време. Налейте достатъчно голямо количество ледена вода в чаша и, като спуснете термометър в нея, намерете началната температура t2 на системата стъкло - термометър - вода. След това нека поставим пластилин в ледена вода и определим стационарната температура t3 на системата стъкло-термометър-вода-пластилин. Нека запишем уравнението на топлинния баланс, пренебрегвайки топлинния капацитет на стъклото и термометъра и топлинните загуби:
където cn, sv са специфичните топлинни мощности, съответно на пластилин и вода, mw = bhR2 е масата на водата, h е височината на водния стълб в чаша без пластилин. В крайна сметка:
За да се определи максимално топлоемкостта на пластилина, обемите вода и пластилин трябва да се вземат достатъчно големи (това ще намали ефекта върху резултата от стъклото и термометъра, участващи също в топлообмен, чийто топлинен капацитет пренебрегване), парче пластилин може да се нагрее в ръцете преди потапяне в ледена вода.
Точкуване: описан е методът за определяне на масата на парче пластилин - 1 точка; получава се формулата (1) за масата на парчето - 2 точки; описан е методът за определяне на специфичния топлинен капацитет на пластилин - 1 точка; написано е уравнението на топлинния баланс (2) - 2 точки; беше намерен израз за специфичния топлинен капацитет по отношение на измерените стойности, т.е. формула (3), - 1 точка; направени са необходимите измервания - 2 точки; намери числената стойност на специфичния топлинен капацитет на пластилин - 1 точка.
десет (8O.07.2). Определете плътността на материала, от който са направени болтът и гайката.
Оборудване: чаша вода, болт с гайка, линийка, резба.
Разтворимост: 4/16 = 25%.
Решение. Определете плътността на гайковия материал. Нека закачим болта и гайката на връвта към линийката и балансираме системата, като я държим за връвта, прикрепена към средата на линийката. Нека запишем правилото на лоста за балансирани тела: mb g lb = mg g lg, където mb е масата на болта, lb е гравитационното рамо на болта, mg е масата на гайката, lg е гравитационното рамо на гайката.
Потопете гайката във вода и повторно уравновесете системата, като плъзнете конеца, задържащ гайката към края на владетеля. Нека пренапишем правилото на лоста: mb g lb = (mgg - FA) l'g, където FA е силата на Архимед, действаща върху гайката, l 'g е новото рамо на силите, приложени към гайката. Като се вземе предвид равенството на лявата страна на уравненията, получаваме, че mg glg = (mg g - FA) l'g или g lg = g l'g– vl'g.
Оттук
По същия начин определяме плътността на материала на болта.
Резултат: описана е идеята на метода - 1 точка; получи окончателната формула (1) - 2 точки; направени са необходимите измервания за изчисляване на плътността на гайковия материал - 1 точка; направени са необходимите измервания за изчисляване на плътността на болтовия материал - 1 точка; изчисляването на плътността на болтовите и гайковите материали - 2 точки; бяха извършени повторни измервания и бяха определени средните стойности на плътностите - 2 точки; резултатите се записват във формата = sr ± sr - 1 точка.