|
Веб-ссылка: Агрегатные состояния вещества
Агрегатные состояния вещества. (Программа элективного курса)
Целью курса является расширение программного материала по теме: “Агрегатные состояния вещества” и совершенствование практических навыков и умений по решению задач и проведения физического эксперимента.
Структура деятельности учащихся вытекает из требований к уровню подготовки:
1. Владеть методами научного познания.
1.1. Собирать установки для эксперимента по описанию, рисунку или схеме и проводить наблюдения изучаемых явлений.
1.2. Представлять результаты наблюдений и измерений в виде таблиц и графиков, выявлять эмпирические закономерности.
Зависимость давления от температуры для реальных газов.
Зависимость агрегатных состояний от параметров (скорость, энергия, взаимодействие молекул).
Зависимость температуры кипения от давления.
Определять относительную влажность с помощью психрометра и конденсационного гигрометра.
Определять коэффициент поверхностного натяжения для жидкостей.
Выращивать кристаллы.
1.3. Объяснять результаты наблюдений и экспериментов.
Образование дефектов в кристаллах.
Образование менисков при смачивании и несмачивании.
Изменение внутренней энергии при испарении и конденсации.
2. Владеть основными понятиями и законами физики.
2.1. Давать определения физических понятий и величин.
Испарение, конденсация, кристаллизация, плавление.
Температура кипения, плавления.
Парциальное давление, относительная влажность.
Коэффициент поверхностного натяжения.
Модуль Юнга.
2. 2. Знать физический смысл всех употребляемых величин.
3. Воспринимать, перерабатывать прочитанное, работать с дополнительной литературой.
3.1. Выделять главную мысль в изучаемом и уметь развивать её, используя дополнительную литературу.
3. 2. Приводить примеры практического использования изучаемого материала.
3. 3. Делать выводы по проведённым экспериментам, оформлять в виде таблиц и графиков.
3. 4. Определять относительную погрешность определяемых величин.
Элективный курс предусматривает прохождение материала в виде лекций, семинаров, практических и исследовательских занятий.
На практических занятиях при выполнении самостоятельных работ учащиеся смогут приобрести умения и навыки планирования физического эксперимента в соответствии с поставленной задачей, научиться выбирать оптимальный метод измерений, выполнять эксперимент и обрабатывать его результаты. Выполнение практических и экспериментальных заданий позволит учащимся применить приобретённые навыки в нестандартной обстановке, стать компетентным во многих практических вопросах.
Работы физического практикума посвящены совершенствованию практических умений и развитию творческого подхода к делу. Экспериментальные работы выполняются настолько самостоятельно, насколько желают и смогут ученики. С результатами исследований можно выступить перед одноклассниками или на заседании НОУ.
На лабораторных занятиях школьники научатся уверенно и безопасно использовать разнообразные физические приборы, приобретут практические умения, грамотно использовать их в бытовой практике, измерять влажность воздуха, кровяное давление, опыт практической работы с приборами окажет помощь ученику в обоснованном выборе будущей профессии.
Семинарские занятия способствуют развитию способностей самостоятельного приобретения знаний, критически оценивать полученную информацию, излагать свою точку зрения по обсуждаемому вопросу, выслушивать мнение товарищей и конструктивно обсуждать их.
В ходе курса планируется проводить обучающие и контрольные тесты, которые позволят закрепить и проконтролировать полученные знания, хорошо подготовиться к итоговому тестированию.
Оценка знаний и умений обучающихся проводится с учётом результатов выполненных практических и исследовательских работ, участия в конференциях, семинарских занятиях и защиты своих творческих работ.
В результате изучения элективного курса ученик должен знать:
смысл понятий: реальные газы, фазовый переход, диффузия, агрегатные состояния вещества, тройная точка, насыщенный и ненасыщенный пар, точка росы, поверхностная энергия, поверхностное натяжение, смачивание и несмачивание, анизотропия, монокристаллы и поликристаллы, полиморфизм, деформация и напряжение, запас прочности, диаграмма состояний;
смысл физических величин: длина свободного пробега молекул, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования, температура кипения и плавления, парциальное давление, давление насыщенного пара, коэффициент поверхностного натяжения, модуль Юнга;
уметь:
описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов, броуновское движение, плавление и кристаллизацию, испарение и конденсацию, диаграмму состояний вещества, зависимость температуры кипения воды от давления, свойства поверхностного слоя жидкости, смачивание и несмачивание, механические свойства твёрдых тел;
приводить примеры опытов, иллюстрирующих, что наблюдения и эксперимент служат основой для выдвижения гипотез и построения научных теорий; эксперимент позволяет проверить истинность теоретических выводов; физическая теория даёт возможность объяснять явления природы и научные факты; физическая теория позволяет предсказывать ещё неизвестные явления и их особенности; при объяснении природных явлений используются физические модели; один и тот же природный объект или явление можно исследовать на основе использования разных моделей; законы физики и физические теории имеют свои определённые границы применимости;
применять полученные знания для решения задач;
определять характер физического процесса по графику, таблице, формуле;
измерять: влажность воздуха, удельную теплоту плавления льда, коэффициент поверхностного натяжения, модуль напряжения;
приводить примеры практического применения: влажности воздуха, поверхностного натяжения жидкостей, свойств кристаллических тел, жидких кристаллов;
воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, научно – популярных статьях; использовать новые информационные технологии для поиска, обработки и предъявления информации по физике в компьютерных базах данных и сетях (сети Интернета);
использовать приобретённые знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
обеспечения безопасности жизнедеятельности в процессе использования транспортных средств, бытовых электроприборов, средств радио – и телекоммуникационной связи;
анализа и оценки влияния на организм человека и другие организмы загрязнения окружающей среды;
рационального природопользования и защиты окружающей среды;
определения собственной позиции по отношению к экологическим проблемам и поведению в природной среде.
Учебный план.
Название разделов
Всего часов
Теория лекции
Практическая часть
I. Введение.
1
1
II. Реальные газы. Фазовые превращения.
3
2
1
Лабораторная работа № 1.
III. Свойства жидкостей.
12
4
8
Лабораторные работы № 2, № 3, № 4.
IV. Свойства твёрдых тел.
11
5
6
Лабораторные работы № 5,
№ 6, № 7,
№ 8, № 9.
V. Практикум по решению задач на закон сохранения энергии в применении к тепловым процессам.
6
VI. Итоговый семинар.
2
2
Cодержание программы.
1. Введение.
2. Реальные газы. Фазовые превращения. Реальные газы. Уравнение Ван-Дер-Ваальса. Средняя длина свободного пробега. Агрегатные состояния и фазовые переходы.
Свойства жидкостей.
3. Насыщенные, ненасыщенные пары. Зависимость давления плотности насыщенного пара от температуры. Критическая температура. Критические состояния вещества. Диаграмма состояния вещества. Конденсация и испарение. Процессы испарения и конденсации в природе и технике. Получение сжиженного газа, его свойства и применение. Влажность воздуха. Точка росы. Психрометр. Гигрометр. Свойства поверхности жидкостей. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.
Свойства твёрдых тел.
Строение кристаллов. Анизотропия кристаллов. Полиморфизм. Монокристаллы. Поликристаллы. Плотная упаковка частиц в кристаллах. Пространственная решётка. Образование кристаллов в природе и получение их в технике. Способы управления механическими свойствами твёрдых тел. Понятие о жидких кристаллах. Кристаллы и жизнь. Аморфные тела. Деформация. Напряжение. Механические свойства твёрдых тел: упругость, прочность, пластичность, хрупкость. Диаграмма растяжения. Создание материалов с необходимыми техническими свойствами.
Практикум по решению задач на закон сохранения энергии в примение к тепловым процессам.
Итоговый семинар: “Практическое использование газов, жидкостей и твёрдых тел”.
Учебно – тематический план.
1/1 Вводная лекция. – 1 ч.
Реальные газы. Фазовые превращения. – 3 ч.
1/2 Реальные газы.
2/3 Фазовые превращения.
3/4 Лабораторная работа № 1.
Свойства жидкостей. – 11 ч.
1/5 Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары.
2/6 Зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры.
3/7 Влажность воздуха.
4/8 Лабораторная работа № 2.
5/9 Получение сжиженных газов, их свойства и применение.
6/10 Поверхностное натяжение жидкости.
7/11 Решение задач.
8/12 Лабораторная работа № 3.
9/13 Лабораторная работа № 4.
10/14 Капиллярные явления.
11/15 Решение задач.
Свойства твёрдых тел. – 10 ч.
1/17 Кристаллические тела.
2/18 Лабораторная работа № 5.
3/19 Лабораторная работа № 6.
4/20 Лабораторная работа № 7.
5/21 Плавление и кристаллизация. Кристаллы и жизнь.
6/22 Лабораторная работа № 8.
7/23 Лабораторная работа № 9.
8/24 Аморфные тела.
9/25 Жидкие кристаллы.
10/26 Механические свойства твёрдых тел. Создание материалов с необходимыми техническими свойствами.
1 – 7/27 – 33 Решение задач на закон сохранения энергии в применении к тепловым процесса.
1 – 2/34 – 35 Итоговый семинар.
Лабораторные работы.
Расчёт и измерение давления воздуха.
Измерение относительной влажности воздуха.
Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва.
Изучение капиллярных явлений, обусловленных поверхностным натяжением жидкости.
Выращивание кристаллов.
Определение скорости роста кристаллов.
Определение удельной теплоты плавления парафина.
Исследование зависимости величины силы упругости от деформации растяжения стали.
Определение предела прочности стали на разрыв с помощью гидравлического пресса.
Список литературы.
Балаш В. А. Задачи по физике и методы их решения: Пособие для учителей. – 4 – е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1983. – 432 с., ил.
Ванеев, Дубицкая, Ярунина. Преподавание физики в 10 классе./ Ванеев, Дубицкая, Ярунина. – М.: Просвещение, 1988.
Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики. – М.:Наука, 1973. – 464 с., ил.
Глазунов. Техника в курсе физики средней школы./ Глазунова. – М.: Просвещение, 1977.
Зайцева. Задачник – практикум по общей физике./ Зайцева. – М.: Просвещение, 1972.
Кабардин, Орлова. Методика факультативных занятий по физике. /Кабардин, Орлова. Глава V,VII. – 125, 227 – 236.
Касьянов В. А. Физика. 10 класс: Тетрадь для лабораторных работ/ В. А. Касьянов, В. А. Коровин. – 2 – е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2003. – 48 с.
Лонгвинов. Методика ознакомления учащихся с аморфным и кристаллическим строением вещества./ Лонгвинов. – 1971.
Методика преподавания физики в средней школе. – Тюмень, 1971.
Пинский А. А. Физика 10 класс. М.: Просвещение. – 2003.
Практикум по физике в средней школе. Дидакт. Материал. Под. Ред. А. А. Покровского. М.: Просвещение, 1977.
Советская энциклопедия. – 1983.
Физический энциклопедический словарь.
Физический практикум для классов с углубленным изучением физики: 10 – 11 кл./ Ю. И. Дик, О. Ф. Кабардин, В. А. Орлов и др.; Под ред. Ю. И. Дика, О. Ф. Кабардина. – 2 – е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 2002. – 157 с.: ил.
Практикум по решению задач.
Тема: Свойства жидкостей.
- Влажный воздух объёмом 1 м3 при относительной влажности φ = 60 %, температуре Т = 293 К и нормальном относительном давлении имеет массу m = 1, 2004 кг. Определите давление насыщающего водяного пара при температуре Т.
- В комнате объёмом V = 150 м3 поддерживается температура Т1 = 2930 К, а точка росы равна Т2 = 2830 К. Определите относительную влажность воздуха и количество водяных паров, содержащихся в комнате. (1,4 кг)
- В запаянной трубке объёмом V = 0, 4 л находится водяной пар под давлением pп = 8, 5 кПа при температуре Тп = 4230 К. Сколько росы выпадает на стенках трубки при охлаждении воды до температуры Тн. п. = 2950 К? Давление насыщающих паров воды при температуре 295 К равно p н. п. = 2, 6 кПа. (9 мг)
- Спирт по каплям вытекает из сосуда через вертикальную трубку внутренним диаметром 2 мм. Считая, что капли отрываются через 1 сек одна после другой, найти, через сколько времени вытечет 10 г спирта. Считать диаметр шейки капли в момент отрыва равным внутреннему диаметру трубки. (13 мин)
- В воздухе насыщенный водяной пар содержится при 300 С. Определите массу воды, выпавшей в виде росы из 1 м3 воздуха при его охлаждении до 150 С. (16 г)
- В кастрюле – скороварке объёмом 3 дм3 находится 0, 5 кг воды при температуре 1000 С. Какая доля воды находится в газообразном состоянии под закрытой крышкой кастрюли?
- Вычислите массу насыщенного водяного пара в комнате объёмом 200 м3 при температуре 250 С.
- В воздухе объёмом 60 м3 был насыщенный водяной пар при температуре 150 С. Определите массу воды, которая может испариться в комнате при повышении температуры до 250 С. (0, 611 кг)
- Давление водяного пара в воздухе при температуре 200 С равно 2, 33 кПа. Чему равна относительная влажность воздуха. (100 %)
- Температура воздуха 240 С, точка росы – 80 С. Определите относительную влажность воздуха. (33, 4 %)
- Относительная влажность воздуха при температуре 250 С равна 60 %. До какой температуры следует охладить воздух, чтобы началось выпадение росы? (170 С)
- Относительная влажность воздуха при температуре 200 С равна 20 %. Определите точку росы. (-50 С)
- Показания сухого термометра 220 С, показания влажного термометра 170 С. Найдите относительную влажность.
- На сколько градусов ниже будут показания влажного термометра против показаний сухого термометра, если температура воздуха 300 С при относительной влажности 50 %? (130 С)
- Определите давление водяных паров при относительной влажности воздуха 40 % и температуре 100 С. (492 Па)
- Относительная влажность воздуха при температуре 200 С равна 80 %. Какой будет относительная влажность воздуха при температуре 300 С, если давление водяных паров в нём не изменится? (54 %)
- Критическая температура воды равна 374, 150 С, критическое давление равно 22, 13 МПа, а её плотность при этих условиях равна 320 кг/ м3. Проверьте, выполняется ли в критическом состоянии уравнение Клапейрона – Менделеева. (нет)
- Сферическую каплю ртути радиусом 3 мм разделили на две одинаковые капли. Какую работу пришлось при этом совершить для увеличения энергии поверхностного слоя? σНg = 0, 465 Дж/ м2. (1,24х10-6 Дж)
- Какая работа совершается при перемещении молекулы воды из глубины на поверхность? Диаметр молекулы воды равен примерно 4х10-10 м. Найдите отношение этой работы к средней кинетической энергии молекулы при комнатной температуре. σН2О = 0, 073 Дж/ м2.
- Две малые капли воды одинакового радиуса при соприкосновении сливаются в одну. Как изменится площадь поверхности образовавшейся капли по сравнению с первоначальной площадью поверхности обеих капель? Почему происходит слияние капель? (в 1,25 раз)
- Капля ртути во время падения имеет форму шара радиусом 5 мм. Падая в кювету, она дробится на 8 примерно одинаковых капель. Вычислите: а) отношение поверхностной энергии капли к её потенциальной энергии в момент соприкосновения с кюветой; б) отношение поверхностной энергии одной из получившихся при дроблении малых капель к её потенциальной энергии. (0,45; 1,2)
Тема: Теплообмен.
- В колбе находилась вода при t = 00 C. Выкачиванием из колбы воздуха заморозили всю воду в сосуде. Какая часть воды при этом испарилась, если колба была теплоизолирована? Удельная теплота испарения воды при 00 С r = 2, 5 МДж/ кг. Удельная теплота плавления льда λ = 0, 33 МДж/кг. (0,12)
- Тигель с оловом нагревается электрическим током. Количество теплоты, ежесекундно подводимой к тиглю, постоянно. За 10 мин олово нагрелось от 20 до 700 С и спустя ещё 83 мин полностью расплавилось. Найти удельную теплоту плавления олова. Удельная теплоёмкость олова 0, 23 кДж/ кгК, температура плавления 2320 С. (58,2 кДж/кг)
- В куске льда, находящемся при 00 С, сделано углубление, объём которого 160 см3. В это углубление влито 60 г воды, температура которой 750 С. Какой объём будет иметь свободное от воды углубление, когда вода остынет? Удельная теплота плавления льда 334 кДж/ кг. (11х10-6 м3)
- Грузовой автомобиль, оборудованный газогенераторным двигателем мощностью 92 кВт, имеющий КПД 18 %, работает в полную нагрузку. Определите массу древесных чурок с удельной теплотой сгорания 12, 5 МДж/ кг, необходимых для пробега пути 1 км со скоростью 18 км/ ч. (8,1 кг)
- В чашке находится 500 г льда при 00 С. В чашку вливают 200 г воды, нагретой до температуры 800 С. Какова будет установившаяся температура и что будет находится в чашке? (в сосуде будут находиться одновременно и вода и лёд при t = 00 С)
- Горизонтально летящая пуля массой m попадает в деревянный шар, лежащий на полу, и пробивает его. Определите, какая часть энергии перешла в энергию деформации, если начальная скорость пули υ1, скорость после вылета из шара υ2, масса М. Трение между шаром и полом отсутствует, траектория пули проходит через центр шара.
- Фигурист, скользивший по льду со скоростью 10 м/ с, останавливается. Определить, какая масса льда растает, если 50 % теплоты, выделенной в результате трения, поглотится льдом. Масса фигуриста 60 кг, температура льда 00 С, удельная теплота плавления льда 3, 3х105 Дж/ кг. (4,5х10-3 кг)
- В калориметр, содержащий 1, 5 кг воды при 200 С впускают 200 г водяного пара при 1000 С. Какая общая температура установится после конденсации пара. (780 С)
- Стеклянный шарик объёмом 0, 2 см3 равномерно падает в воде. Какое количество теплоты выделится при перемещении шарика на 6 м? Плотность стекла 2, 4 г/ см3. (16,8х10-3 Дж)
- С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля при температуре 270 С, чтобы при ударе о стенку она расплавилась? Температура плавления свинца 3270 С, удельная теплота его плавления 2, 5х 104 Дж/ кг, а удельная теплоёмкость 130 Дж/ кгК. На нагревание пули идёт 60 % выделившейся энергии. (462 м/ с)
- Мощность двигателя автомобиля 69 кВт. Найти ежесекундный расход бензина, если КПД двигателя 25 %. Удельная теплота сгорания бензина 46 МДж/кг. (6 г/с)
- Двигатель работает на дизельном топливе, удельная теплота сгорания которого равна 42 МДж/кг. Определить массу израсходованного топлива при выполненной работе 210 МДж, если КПД двигателя 0,25. (20 кг)
- Два литра воды превратили в пар, нагревая от 20 °С на газовой горелке. Каков КПД горелки, если израсходовано 200 литров газа. Удельная теплота сгорания газа 40 МДж/м3, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/(кг-К), удельная теплота парообразования при температуре кипения 2,3 МДж/кг. (66 %)
- Необходимо получить 0,5 кг воды при 0 °С, охлаждая стоградусный водяной пар. Какое количество теплоты выделится при этом? Удельная теплота парообразования 2,3 МДж/кг, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж/(кг-К). Ответ дать в мегаджоулях. (1,36 МДж)
- Каков КПД автомашины с мотором мощностью 20 кВт, если при скорости 72 км/ч мотор потребляет 10 л бензина на 100 км пути? Плотность бензина 700 кг/м3, его удельная теплота сгорания 4,4-107 Дж/кг. (32 %)
- Судно развивает мощность 1500 кВт при КПД 30 %. Определить расход горючего на 1 км пути при скорости 72 км/ч. Теплота сгорания горючего 5х107 Дж/кг. (5 кг)
- Сколько алюминия, взятого при температуре 305 К, можно нагреть до температуры 932 °С в печи, КПД которой равен 24 %, если сжечь 24 кг нефти? Удельная теплоемкость алюминия 900 Дж/(кгК), теплота сгорания нефти 45 МДж/кг. (459 кг)
- Смешали 0,4 кг воды при 50 °С и 0,1 кг воды при 80 °С. Определить температуру смеси при тепловом равновесии. Ответ дать в градусах Цельсия. (56 °С)
- Есть два сосуда с водой. В одном из них температура воды 20 °С, в другом - 100 °С. Сколько воды из каждого сосуда надо взять, чтобы получить 1 л воды с температурой 40 0С? (0,75 л; 0,25 л)
- В 4 л воды при температуре 20 °С брошен кусок льда массой 250 г при температуре 0 °С. Найти температуру воды после того, как лсд растаял. Удельная теплоемкость воды 4,2-103 Дж/(кгК), удельная теплота плавления льда 3,3х105 Дж/кг. (287 К)
- Ванну емкостью 200 л необходимо наполнить водой с температурой 30 °С, используя воду с температурой 70 °С и лед с температурой -10 °С. Какую массу льда надо положить в ванну? Удельная теплоемкость воды 4,2х103 Дж/(кгК), удельная теплоемкость льда - 2100 Дж/(кгК), удельная теплота плавления льда 3,3х105 Дж/кг. ( 48, 9 кг)
- В сосуд, содержащий 10 кг воды при 10 °С положили кусок льда, охлажденный до -50 °С, после чего температура образовавшейся ледяной массы оказалась равной -4 °С. Какое количество льда было положено в сосуд? Удельные теплоемкости: льда - 2100 Дж/(кгК), воды - 4200 Дж/(кгК); удельная теплота плавления льда 3,3х105 Дж/кг. (38 кг)
- В калориметр налито 2 кг воды, имеющей температуру 50 C, и положен кусок льда массой 5 кг, имеющий температуру минус 40 °С. Определить температуру содержимого калориметра после установления теплового равновесия. Удельные теплоемкости: воды — 4200 Дж/(кгК), льда - 2100 Дж/(кгК). Удельная теплота плавления льда 3,3х105 Дж/кг. (в калориметре будет находиться вода и лёд при t = 00 С)
- После опускания в воду, имеющую температуру 10 °С, тела, нагретого до 100 °С, установилась общая температура 40 °С. Какой станет температура воды, если, не вынимая первого тела, в нее опустить еще одно такое же тело, нагретое до 100 °С?(55°С)
- Вода падает с высоты 1200 м. На сколько повысится температура воды, если на ее нагревание идет 60 % работы силы тяжести? (1,70 С)
- На сколько градусов нагревается вода у основания водопада высотой 10 м? Считать, что на нагревание воды расходуется 60 % работы силы тяжести. Удельная теплоемкость воды 4.2х103 Дж/(кгК). (0,0140 С)
- С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы при ударе о препятствие она расплавилась? Первоначальная температура пули 27 °С. Вся выделившаяся при ударе теплота сообщается пуле. Температура плавления свинца 327 °С, удельная теплота его плавления 2,5х104 Дж/кг, а удельная теплоемкость 130 Дж/(кгК). (167 м/с)
- В сосуд, содержащий 1, 5 кг воды при 150 С, впускают 200 г водяного пара при 1000 С. Какая общая температур установится в сосуде после конденсации пара? (890 С)
- Через воду, имеющую температуру 100 С, пропускают водяной пар при 1000 С. Сколько процентов составит масса воды, образовавшейся из пара, от массы всей воды в сосуде в момент, когда её температура равна 500 С? (0,07)
Тема: Свойства твёрдых тел.
- Каким должен быть предельный диаметр стального троса, чтобы он выдержал нагрузку в 1 т? (0, 4Х10-2 м)
- Найти длину медной проволоки, которая, будучи подвешена вертикально, начинает рваться под действием собственного веса. (2900 м)
- С крыши дома свешивается стальная проволока длиной 40 м и диаметром 2 мм. 1) Какой наибольший груз можно подвесить к этой проволоке, чтобы она не разорвалась? 2) На сколько удлинится эта проволока, если на ней повиснет человек весом в 70 кг? (250 кг, 4х10-2 м)
- С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля при температуре 270 С, чтобы при ударе о стенку она расплавилась? Температура плавления свинца 3270 С, удельная теплота его плавления 2, 5х 104 Дж/ кг, а удельная теплоёмкость 130 Дж/ кгК. На нагревание пули идёт 60 % выделившейся энергии. (462 м/ с)
- Чему равно абсолютное удлинение стального троса длиной 12 м и площадью поперечного сечения 2 см2 при подвешивании к нему груза массой 2 т? Модуль упругости стали 2х1011 Па. (6х103 м)
- К алюминиевой проволоке длиной 2 м и площадью поперечного сечения 4 мм2 подвесили груз, под действием которого она удлинилась на 1 мм. Определите силу упругости, возникающую в проволоке. Модуль упругости алюминия 7,1 х 1010 Па. (14, 2х103 Н)
- К медной проволоке длиной 1,2 м и площадью поперечного сечения 5 мм2подвесили груз массой 10 кг. Определите работу растяжения проволоки. Модуль упругости меди равен 1,18х1011 Па. (0, 93х 10-2 Дж)
- К алюминиевой проволоке длиной 10 м и площадью поперечного сечения 7 мм2 подвесили груз массой 10 кг. Определите абсолютное и относительное удлинение проволоки. Модуль упругости алюминия 7,1 х1010Па.
- Найдите максимальную высоту здания из кирпича, если предел прочности кирпича на сжатие 1,5х107 Па, плотность кирпича 1,8х103 кг/м3, а необходимый запас прочности равен 6.
- Какой диаметр должен иметь стальной трос подъемного устройства, если максимальная масса поднимаемого груза равна 5 т? Предел прочности троса 109 Па, запас прочности должен быть равен 6. (294х10-6 м2)
- Масса кабины лифта с пассажирами 500 кг. Кабина подвешена на тросе, изготовленном из стали с пределом прочности на растяжение 5,5х108 Па. Лифт движется вверх с ускорением 0,5 м/с2. Каким запасом прочности обладает трос, если его поперечное сечение 1,4 см2? (15)
- Для взятия пробы грунта со дна океана используется специальный прибор, опускаемый на стальном тросе. Какова предельная глубина погружения прибора, если предел прочности на разрыв стального троса 5х108 Па? Масса прибора по сравнению с массой троса пренебрежимо мала. Плотность стали 7,8х103 кг/м3, плотность морской воды 1,0.4х 103 кг/м3. (7, 5 км)
Лабораторная работа № 4.
Изучение капиллярных явлений, обусловленных поверхностным натяжением жидкости.
Цель работы: измерить средний диаметр капилляров.
Оборудование: сосуд с подкрашенной водой, полоска фильтровальной бумаги размером 120 х 10 мм, полоска хлопчатобумажной ткани размером 120 х 10 мм, линейка измерительная.
Содержание работы.
Смачивающая жидкость втягивается внутрь капилляра. Подъём жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, Fв не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h:
Fв = mg.
По третьему закону Ньютона сила Fв, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fпов, действующей на стенку капилляра по линии соприкосновения её с жидкостью:
Fв = Fпов.
Таким образом, при равновесии жидкости в капилляре (рисунок 1)
Fпов = mg. (1)
Будем считать, что мениск имеет форму полусферы, радиус которой r равен радиусу капилляра. Длина контура, ограничивающего поверхность жидкости, равна длине окружности:
l = 2πr.
Тогда сила поверхностного натяжения равна:
Fпов = σ2πr, (2)
где σ – поверхностное натяжение жидкости.
Масса столба жидкости объёмом V = πr 2h равна:
m = ρV = ρ πr2h. (3)
Подставляя выражение (2) для Fпов и массы (3) в условие равновесия жидкости в капилляре, получим
σ2πr = ρ πr2hg,
откуда диаметр капилляра
D = 2r = 4σ/ ρgh. (4)
Порядок выполнения работы.
1. Полосками фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани одновременно прикоснитесь к поверхности подкрашенной воды в стакане (рисунок 2), наблюдая поднятие воды в полосках.
2. Как только прекратится подъём воды, полоски выньте и измерьте линейкой высоты h1 и h2 поднятия в них воды.
3. Абсолютные погрешности измерения Δ h1 и Δ h2 принимают равными удвоенной цене деления линейки.
Δ h1 = 2 мм; Δ h2 = 2 мм.
4. Рассчитайте диаметр капилляров по формуле (4).
D1 = 4σ/ ρgh1
D2 = 4σ/ ρgh2.
Для воды σ ± Δσ = (7, 3 ± 0, 05)х10-2 Н/ м.
5. Рассчитайте абсолютные погрешности Δ D1 и Δ D2 при косвенном измерении диаметра капилляров.
Δ D 1 = D 1(Δσ/ σ + Δ h 1/ h 1);
Δ D2 = D2(Δσ/ σ + Δ h2/ h2).
Погрешностями Δ g и Δ ρ можно пренебречь.
6. Окончательный результат измерения диаметра капилляров представьте в виде
D1 ± Δ D1 =
D2 ± Δ D2 =
|
