- 12.01.2016
- 519
- 0
Смотреть ещё
2 300
методических разработок по физике
Перейти в каталогВыбранный для просмотра документ Часть 1.pdf
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
для лабораторных работ Часть 1
Ф. И. О.
Специальность, курс, группа
п. Персиановский 2011 г.
Е.Г. Баленко
Т. Ю. Тарусова
п. Персиановский 2011 г.
УДК 63(06):531/534
ББК 22.2 Б-20
Составители: кандидат с/х наук, доцент Баленко Е. Г.
ст. преподаватель Тарусова Т. Ю.
Баленко, Е. Г.
Рабочая тетрадь: Методические разработки к лабораторным работам по физике для студентов сельскохозяйственного ВУЗа./Е. Г. Баленко, Т. Ю. Тарусова//пос. Персиановский: ДонГАУ.- 2011.-56 с.
Таблиц - 8
Рис. (схем) – 11
Рецензенты:Заведующий кафедрой «МО и ППП», доктор технических наук, профессор Коханенко В. Н; кандидат технических наук, доцент кафедры «Высшая математика и физика» Мокриевич А. Г.
Утверждено методической комиссией факультета БТЭТ (протокол № 6 от 10.05.2011г.)
Рекомендовано к изданию методическим советом ДонГАУ (протокол № 6 от 7.06.2011г.)
© Баленко Е. Г., Тарусова Т. Ю.
©Донской государственный аграрный университет, 2011 г.
Данные методические разработки предназначены для студентов всех специальностей, изучающих курс «Физика» факультета БТЭТ.
Они соответствуют требованиям типовых программ и государственным стандартам вышеуказанного курса и отражают многолетний опыт преподавания дисциплин для студентов первого и второго курсов в Дон ГАУ в течение I – III семестров.
Методические разработки охватывают основные разделы курса физики и знакомят студентов с сущностью физических явлений и методами измерения физических величин. Для удобства работы каждый новый раздел практикума включает в себя ссылку на теоретический материал, после изучения которого предлагается законспектировать ключевые определения и законы. После выполнения лабораторной работы студенту предлагается заполнить таблицу измерений, произвести вычисления по рабочей формуле, рассчитать погрешность и сделать вывод в специально отведенное для этого место, что не только учит студентов самостоятельности и аккуратности, но и позволяет экономить аудиторное время.
№ п/п |
Название лабораторной работы |
Допуск |
Выполнение |
Защита |
Дата |
Подпись |
1 |
Определение момента инерции тела динамическим методом |
|
|
|
|
|
2 |
Определение момента инерции тела с учетом силы трения в опоре |
|
|
|
|
|
3 |
Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника |
|
|
|
|
|
4 |
Определение коэффициента поверхностного натяжения по методу поднятия жидкости в капиллярной трубке |
|
|
|
|
|
5 |
Определение отношения молярной теплоемкости при постоянном давлении С p к молярной теплоемкости при постоянном объеме CV для воздуха |
|
|
|
|
|
6 |
Определение удельной теплоемкости твердого тела и изменения энтропии изолированной системы |
|
|
|
|
|
7 |
Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса |
|
|
|
|
|
Тема «Динамика вращательного движения»
IПовторите теоретический материал
Грабовский Р. И.: Гл. 1, § 6, стр. 23-26; Гл. 4, § 21-23, стр. 71-80 Трофимова Т. И: Гл. 1, § 4, стр. 11-13; Гл. 4, § 16-19, стр. 28-33
1) Запишите формулу и дайте определение углового пути, скорости и ускорения.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2) В каких единицах измеряется угловой путь, скорость и ускорение?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3) Каков физический смысл массы тела? Дайте определение инертной и гравитационной массы.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4) Дайте определение абсолютно твердого тела.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5) Напишите формулу и дайте определения момента инерции, момента силы, момента импульса. ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6) В каких единицах измеряются моменты инерции, силы и импульса?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7) Напишите формулы для определения момента инерции сплошного цилиндра (диска) и шара.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Сформулируйте теорему Штейнера.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
9) Запишите основной закон динамики вращательного движения.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
10) Сформулируйте закон сохранения момента импульса.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
11) Запишите формулу для кинетической энергии вращательного движения твердого тела и тела, катящегося по горизонтальной поверхности. ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
12) Напишите зависимость угловых и линейных величин.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ III Проведите лабораторный эксперимент
Лабораторная работа № 1 «Определение момента инерции тела динамическим методом»
Цель работы: научиться определять момент инерции сплошного диска (цилиндра) со шкивом и полученное опытное значение сравнить с теоретическим.
Приборы и материалы: диск, гири, секундомер, штангенциркуль.
1. Описание рабочей установки
Рабочая установка представляет собой штифт с ввинченным на него шкивом и соединенным с ним диском. На шкив намотана нить, на которую подвешен груз. На стене под установкой расположена миллиметровая шкала для определения высоты поднятия груза.
рис. 1
2. Вывод рабочей формулы
а) Вывод теоретической рабочей формулы.
Шкив, относительно диска, имеет небольшой радиусr и толщину d (см. рис. 1). Момент инерции этой системы определяется как сумма моментов инерций диска и шкива. Моментом инерции оси можно пренебречь, так как ее радиус во много раз меньше радиуса диска R.
Пусть R, d, m - соответственно радиус, толщина и масса диска, r, d1, m1- радиус, толщина и масса шкива.
Моменты инерции диска и шкива определим по формуле для сплошных цилиндров:
I = mR2 (1) Тогда момент инерции системы равен:
I = mR2 +1m1r2 (2)
2
Массы диска и шкива выразим через их плотность и объемы: m =rV =rpR2 d, m1 =rpr2 d1 (3)
Диск и шкив изготовлены из стали, поэтому r= 7800кг/ м3.
Подставим значения масс m и m1, определенных по формулам (3) в уравнение (2):
I = rpR2d R2 + rpr2d1 r2 = rp(R4 d + r4d1) (4)
Поскольку r<<R, то моментом инерции шкива можно пренебречь и вычислять момент инерции всей системы по приближенной формуле:
I = prR4d (5)
Равенство (5) является формулой для теоретического определения момента инерции этой системы. В системе измерения физических единиц СИ единицей измерения момента инерции является: [I]= [кг × м2]
б) Вывод рабочей формулы для опытного определение момента инерции.
Мерой взаимодействия в результате которого происходит вращательное движение является момент силы:
M = F ×r
Второй закон Ньютона для вращательного движения гласит, что
M = I ×b
В лабораторной установке момент силы возникает за счет гири массой m, подвешенной на нити, которая наматывается на шкив (рис. 1). При отпускании вся система приходит в равноускоренное вращательное движение с угловым ускорением b, и гиря опускается равноускоренно с линейным (тангенциальным) ускорением аt.
Угловое и тангенциальное ускорения связаны формулой:
b= at (6),
r
где r - радиус шкива.
Момент силы, вращающий установку, создается силой натяжения нити, которая равна разности между силой тяжести гири Fтяж = mgи силой инерции Fин =mat:
Fнат = Fтяж - Fин = mg - mat = m(g - at) (см. рис. 2).
рис.2
Так как сила натяжения нити направлена по касательной к шкиву, то радиус шкива совпадает с направлением перпендикуляра из центра вращения на направление, вдоль которого действует сила натяжения. Поэтому вращающий момент силы равен:
M = Fн ×r = m(g - at)r
Но радиус шкива равен половине его диаметра D, и тогда предыдущая формула имеет следующий вид:
M = m(g - at) D (7)
2
I = M b
и подставим в него выражения момента силы (7) и углового ускорения (6):
I = m(g - at) D = m(g - at) D2
2b 4at
Ускорение at выразим через высоту h, с которой опускается гиря, и через время t, в течение которого происходит это опускание. Это движение равноускоренное, поэтому
h = att2 Þ at = 22h
2 t
Подставим выражение тангенциального ускорения в формулу, выражающую момент инерции:
2æ - 22h ö÷ 2 2
mD çg
I = è t ø = mD t æç g - 22h ö÷
2h 8h è t ø
4
t2
Рабочая формула для опытного определения момента инерции диска:
I = mD2t2 æçg - 22h ö÷ (8)
8h è t ø
3. Порядок выполнения работы
1) Наматывая нить на шкив вращением диска, поднимите гирю на высоту h, заданную преподавателем (высота h определяется по сантиметровой шкале, изображенной на стене под установкой, по нижнему краю гири);
2) Отпустите диск и одновременно засеките секундомером время, за которое гиря достигнет пола с заданной высоты;
3) Штангенциркулем замерьте диаметр шкива D, толщину d и радиус R диска.
4) Выполните опыт три раза на одной и той же высоте, все измеренные величины занесите в таблицу;
5) Рассчитайте теоретическое значение момента инерции исследуемого тела по формуле (5) и три значения опытного момента инерции по формуле (8). Опытное значение должно получиться несколько больше теоретического, что объясняется наличием трения в подшипниках и сопротивлением воздуха.
4. Таблица результатов и измерений
№ опыта |
m,кг |
t,с |
h, м |
D, м |
d, м |
R, м |
Iтеор, кг × м2 |
Iоп, кг × м2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||
3 |
|
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
5. Оценка погрешности
1) Погрешностьизмерений:
Определите среднее значение момента инерции
Iоп = I1 + I2 + I3
3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ Вычислите среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
(I1 - I)2 + (I2 - I)2 + (I3 - I)2
DSI = n(n -1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку измерения DI определите как произведение среднеквадратического отклонения DSI на коэффициент Стьюдента t, который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
DI = t ×DSI
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат запишите в таком виде:
I = I ± DI
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислите по формуле:
e= ×100%
I
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ 2) Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
6. Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Лабораторная работа № 2 «Определение момента инерции тела с учетом
силы трения в опоре»
Цель работы: научиться определять момент инерции сплошного диска (цилиндра) со шкивом и полученное опытное значение сравнить с теоретическим.
Приборы и материалы: диск, груз, секундомер, штангенциркуль.
1.Описание рабочей установки
Рабочая установка представляет собой штифт с ввинченным на него шкивом и соединенным с ним диском. На шкив намотана нить, на которую подвешен груз. На стене под установкой расположена миллиметровая шкала для определения высоты поднятия груза.
рис. 3
2.Вывод рабочей формулы
а) Вывод теоретической рабочей формулы.
Шкив, относительно диска, имеет небольшой радиусr и толщину d (см. рис. 3). Момент инерции этой системы определяется как сумма моментов инерций диска и шкива. Моментом инерции оси можно пренебречь, так как ее радиус во много раз меньше радиуса диска R.
Пусть R, d, m - соответственно радиус, толщина и масса диска, r, d1, m1- радиус, толщина и масса шкива.
Моменты инерции диска и шкива определим по формуле для сплошных цилиндров:
I = mR2 (1) Тогда момент инерции системы равен:
I = mR2 +1m1r2 (2)
2
Массы диска и шкива выразим через их плотность и объемы: m =rV =rpR2 d, m1 =rpr2 d1 (3)
Диск и шкив изготовлены из стали, поэтому r= 7800кг/ м3.
Подставим значения масс m и m1, определенных по формулам (3) в уравнение (2):
I = rpR2d R2 + rpr2d1 r2 = rp(R4 d + r4d1)
Поскольку r<<R, то моментом инерции шкива можно пренебречь и вычислять момент инерции всей системы по приближенной формуле:
I = prR4d (4)
Равенство (4) является формулой для теоретического определения момента инерции этой системы. В системе измерения физических единиц СИ единицей измерения момента инерции является: [I]= [кг × м2]
б) Вывод рабочей формулы для опытного определение момента инерции.
Диск приводится во вращательное движение грузом. Груз на высоте h1 обладает потенциально энергией mgh1. Если предоставить грузу свободно падать, то потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию mu2 поступательного движения груза , кинетическую энергию
2
Iw2 вращательного движения и работу A = Fh1 по преодолению силы трения
2
в опоре.
По закону сохранения энергии:
mu2 Iw2
mgh1 = + + Fh1 (5),
2 2
где F - сила трения в опоре.
Движение груза равноускоренное без начальной скорости, поэтому
линейная и угловая скорости соответственно равны: u= 2h1 ,w=u= 2h1 , где t-
t r tr
время опускания груза с высоты h1.
После удара груза о пол диск, вращаясь по инерции, поднимает груз на высотуh2 и потенциальная энергия будет mgh2. Убыль потенциальной энергии при подъеме груза равна работе по преодолению силы трения в опоре: mgh1 - mgh2 = F(h1 + h2),Þ
F = mg h1 - h2 h1 + h2
Подставляя в формулу (5) значения u,w,F , получим опытную рабочую формулу для определения момента инерции:
mu2 Iw2
mgh1 = + + Fh1
2 2
Iw2 mu2
= mgh1 - - Fh1
2 2
42tI h12 = mgh1 - 4mh212 - mg hh11 -+ hh22 h1
2r2 2t
t2r2æççè 2mht 12 - mg h1 - h2 h1 ÷ö÷
I = mgh1 - 22h12 h1 + h2 ø
mt2r2ççægh1t2 - 2h12 - g hh1 +- hh2 h1t2 ö÷÷
I = è 2h12t2 1 2 ø
I = mr2ççèæ gt2æççèh1 - 2hhh1112+- hh22 h1 ÷øö÷ - 2h12 ÷ø÷ö
I = mr2ççèæ gt2 × h1(h1 + hh221)h1+-2 hh21(h1 - h2) - 2h12 ÷÷øö
I = mr2ççèæ gt2 × h221hh1+21hh22 - 2h12 ö÷ø÷
mr2ç gt2 × 2h12h2 - 2h12 ö÷÷ æ
I = çè h12(hh112+ h2) ø
I = mr2ççæè gt2 × h1(h1h2+ h2) -1ö÷÷ø (6)
3. Порядок выполнения работы
1) Наматывая нить на шкив вращением диска, поднимите груз на высотуh1, заданную преподавателем (высота h1 определяется по сантиметровой шкале, изображенной на стене под установкой, по нижнему краю груза);
2) Отпустите диск и одновременно засеките секундомером время, за которое груз достигнет пола с заданной высоты;
3) Определите высоту h2, на которую поднимется груз после удар о пол;
4) Штангенциркулем измерьте диаметр шкива D, толщину d и радиус R диска.
4) Выполните опыт три раза на одной и той же высоте, все измеренные величины занесите в таблицу;
5) Рассчитайте теоретическое значение момента инерции исследуемого тела по формуле (4) и три значения опытного момента инерции по формуле
(6).
4.Таблица результатов и измерений
№ опыта |
m,кг |
t,с |
h1, м |
h2,м |
D, м |
d, м |
R, м |
Iтеор, кг × м2 |
Iоп, кг × м2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
3 |
|
|
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________ _______________________________________________________________
5.Оценка погрешности 1) Погрешностьизмерений:
Определите среднее значение момента инерции
Iоп = I1 + I2 + I3
3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Вычислите среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
(I1 - I)2 + (I2 - I)2 + (I3 - I)2
DSI = n(n -1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку измерения DI определите как произведение среднеквадратического отклонения DSI на коэффициент Стьюдента t, который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
DI = t ×DSI
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат запишите в таком виде:
I = I ± DI
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислите по формуле:
e= ×100%
I
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ 2) Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
6.Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Сборник задач под.ред. Грабовского Р. И.: 1.94, 1.95, 1.96, 1.97, 1.98, 1.99,
1.100, 1.101, 1.102, 1.103, 1.105, 1.106, 1.108, 1.111, 1.113, 1.114, 1.116, 1.120,
1.123.
Тема «Гармонические колебания»
Грабовский Р. И.: Гл. 6, § 27-31, стр. 88-101
Трофимова Т. И.: Гл. 18, § 140-144, стр. 203-207
1) Дайте определение: колебание, свободное колебание, гармоническое колебание.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2) Запишите уравнение для смещения при гармоническом колебании и поясните физический смысл, входящих в него величин.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3) Запишите формулы и дайте определение периода, частоты, амплитуды и фазы колебаний.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4) Запишите формулу и дайте определение силы, под действием которой совершаются гармонические колебания.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5) Запишите формулы кинетической и потенциальной энергий при механических гармонических колебаний.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6) Выведите формулу скорости гармонических колебаний. ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7) Выведите формулу ускорения гармонических колебаний.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Дайте определение гармонического осциллятора.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
9) Дайте определение пружинного маятника и запишите его уравнение, потенциальную энергию и период колебаний.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
10) Дайте определение физического маятника, выведите его уравнение и период колебаний.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
11) Дайте определение математического маятника и выведите формулу для определения периода его колебаний.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ 12) Дайте определение биения.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
13) Дайте определения механического резонанса.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Лабораторная работа № 3 «Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника»
Цель работы: научиться определять ускорение свободного падения с помощью математического маятника и полученное опытное значение сравнить с теоретическим.
1. Описание рабочей установки
Рабочая установка представляет собой вертикальную стойку, на верхнем конце которой, на горизонтальной рейке, установлен математический маятник. Длину бифилярной (двойной) нити можно измерять по сантиметровой шкале, изображенной на стойке. В установке предусмотрен регулятор длины нити маятника.
2. Вывод рабочей формулы
Период математического маятника вычисляется по формуле:
T = 2p
Для длины нити l1 период равен:
T12 = 4p2 l1 (1) g
Соответственно, для l2:
T22 = 4p2 l2 (2) g
Вычтем почленно из равенства (1) равенство (2):
T12 -T22 = 4p2 l1 -l2
g
Из последнего равенства выразим g : g = 4p2 l12 -l22 (3) T1 -T2
Рис. 4Равенство (3) является рабочей формулой дляопределение ускорения свободного падения.
3. Порядок выполнения работы
1) Установите длину маятника l1, заданную преподавателем.
2) Отклоните его от положения равновесия на угол, не превышающий 6o.
3) Отпустите маятник и одновременно включите секундомер.
4) Отсчитайте 10 полных колебаний и выключите секундомер.
5) Определите период колебаний математического маятника по формуле:
T1 = t1
10
6) Укоротите длину нити до l2 (»2 раза) и определите таким же образом
T2.
7) По формуле (3) рассчитайте опытное значение ускорения свободного падения.
8) Проведите опыт три раза, все измерения и вычисления занесите в таблицу.
4. Таблица результатов и измерений
№ опыта |
T1 |
T2 |
T12 |
T22 |
l1 -l2 |
g |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
5. Оценка погрешности
1) Погрешность измерений: Определим среднее значение
g =
g1 + g2 + g3
3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Вычислим среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
(g1 -
g)2 + (g2 -
g)2 + (g3 -
g)2
DSg =
n(n -1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку измерения Dg определим как
произведение среднеквадратического отклонения DSg на коэффициент
Стьюдента t,
который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
Dg = t ×DSg
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат
запишем в таком виде: g =
g ±
Dg
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислим по формуле:
e= ×100% g
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ 2) Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
6. Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Сборник задач под ред. Грабовского Р. И.: 1.139, 1.141, 1.142, 1.145, 1.147, 1.148, 1.150, 1.151, 1.155.
Тема «Свойства реальных жидкостей»
Грабовский Р. И.: Гл. 10, §66-69, стр. 99-101
Трофимова Т. И.: Гл. 9, § 61-63, стр. 191-202
1) Дайте определение молекулярного давления
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2) Дайте определение и запишите формулу поверхностной энергии ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3) Дайте определение и запишите формулу поверхностного натяжения
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4) В каких единица в системе СИ измеряется коэффициент поверхностного натяжения
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5) Поясните явление смачивания
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6) Запишите условие полного смачивания и полного несмачивания
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7) Дайте определение капиллярности
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Какова роль капиллярных явлений в сельском хозяйстве
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
9) Запишите формулу Борелли-Жюрена
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
10) Какое явление описывает формула Лапласа, опишите его.
Запишите формулу Лапласа
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Лабораторная работа № 4 «Определение коэффициента поверхностного натяжения по методу поднятия жидкости в капиллярной трубке»
Цель работы: научиться определять коэффициент поверхностного натяжения
Приборы и материалы: капиллярные трубки, сосуд с исследуемой жидкостью.
1. Описание рабочей установки
Рабочая установка представляет собой капиллярные трубки разного диаметра, укрепленные в штативе и плоскопараллельный сосуд, в который налита исследуемая жидкость.
Рис. 5
2.Вывод рабочей формулы
Если капиллярную трубку погрузить в широкий сосуд с водой или другой смачивающей жидкостью, то жидкость поднимется в трубке. Это явление объясняется тем, что молекулярное давление р на поверхность жидкости в широком сосуде больше, чем давление на жидкость р1в трубке, так как в ней мениск вогнутая поверхность радиуса R . Согласно формуле
Лапласа, разность давлений p - p1 = 2a компенсируется гидростатическим
R
давлением rgh поднятого столбика жидкости высотою h (рис. 5): rg h = 2a (1),
R
где r- плотность жидкости;
R - радиус кривизны вогнутого мениска; h- высота уровня жидкости в капиллярной трубке относительно уровня
жидкости в широком сосуде; a- коэффициент поверхностного натяжения.
Выразим из формулы (1)a:
a= (2),
2
Обозначим внутренний радиус капиллярной трубки буквой r .
Рис. 6
Из рис. 6 видно, что этот радиус связан с радиусом сферы R следующим соотношением:
r = RcosQ Þ R = r ,
cosQ
где Q - краевой угол.
Подставим значение R в формулу (2): rg hr
a= (3).
2cosQ
Если жидкость вполне смачивает стенки трубки, то краевой угол Qравен нулю, тогда формулу (3) запишем в виде: rg hr
a= (4).
2
Формула (4) является рабочей формулой для определения коэффициента поверхностного натяжения.
3. Порядок выполнения работы
1) Укрепите капиллярную трубку в штатив и подведите под нижний ее конец исследуемую жидкость в плоскопараллельном сосуде.
2) Измерьте разность уровней жидкости в сосуде и капилляре с помощью миллиметровых делений, нанесенных на трубке. Эта разность и есть высота поднятия h.
3) Рассчитайте по рабочей формуле (4) коэффициент поверхностного натяжения. Значение r необходимо взять из таблицы №7.6.
4) Проделайте опыт три раза и занесите все данные в таблицу результатов и измерений.
Таблица №7.6 «Плотность некоторых веществ (при нормальных
условиях)» (Сборник задач по физике под ред. Грабовский Р. И. (стр. 121))
4.Таблица результатов и измерений
№ опыта |
Исследуемая |
h |
r |
r |
a |
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
5. Оценка погрешности
1) Погрешность измерений:
Определим среднее значение a1 +a2 +a3 a =
3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Вычислим среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
(a1 -a)2 + (a2 -a)2 + (a3 -a)2 DSa
= n(n
-1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку
измерения Dс определим как
произведение среднеквадратического отклонения DSс на коэффициент
Стьюдента t,
который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
Da= t ×DSa
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат запишем в таком виде:
a=a±Da
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислим по формуле:
e= ×100%
a
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2) Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ _________________________________________________________________
6. Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Сборник задач под ред. Грабовского Р. И.: 2.111, 2.112, 2.113, 2.114
Тема «Первое начало термодинамики»
Грабовский Р. И.: Гл. 11, § 71-72, стр. 223-227
Трофимова Т. И.: Гл. 9, § 50-55, стр. 79-85
1) Дайте определение: число степеней свободы, внутренняя энергия.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ____________________________________________________________
2) Дайте определение термодинамического процесса.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3) Сформулируйте первое начало термодинамики.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4) Каков физический смысл первого начала термодинамики?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5) Выведите формулу для работы газа при изменение его объема.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ _____________________________________________________________
6) Дайте определение удельной и молярной теплоемкости и какая связь между ними?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ _____________________________________________________________
7) Выведите формулы для молярных теплоемкостей при изохорном и изобарном процессах.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________ ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Запишите уравнение Майера.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
9) Выведите физический смысл универсальной газовой постоянной.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
10) Дайте определение изотермического, адиабатического и политропного процессов.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
11) Выведите уравнение Пуассона.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
12) Запишите коэффициент Пуассона и поясните его физический смысл.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Лабораторная работа № 5 «Определение отношения молярной теплоемкости при постоянном давлении С p к молярной теплоемкости при постоянном объеме CV для воздуха»
Цель работы: научиться определять опытным путем отношение молярной теплоемкости при постоянном давлении С p к молярной теплоемкости при постоянном объеме CV для воздуха и сравнить полученное значение с теоретическим.
Приборы и материалы: баллон, насос Камовского, манометр, миллиметровая линейка
1. Описание рабочей установки
рис. 7
Рабочая установка представляет собой большой баллон соединенный краном с манометром и насосом. U -образный манометр имеет левый и правый мениски и закреплен на стойке, на которую нанесена миллиметровая шкала.
2. Вывод рабочей формулы.
При нагнетании воздуха в баллон давление его в этом состоянии равно p1 и объем равен V1:
p1 = H + h1, V =V1 (состояние 1),
где H - атмосферное давление, h1- избыток давления воздуха в баллоне над атмосферным.
После выпускания воздуха давление в баллоне при открытом кране равно атмосферному: p2 = H, V =V2 (состояние 2).
После закрытия крана давление в баллоне повысится до значения p3, а объем воздуха остается таким же, как в состоянии (2): p3 = H + h2, V =V2 (состояние 3),
где h2- избыток давления воздуха в баллоне над атмосферным давлением.
Переход от состояния 1 к состоянию 2 совершается адиабатически, поэтому:
p1V1g = p2V2g (1)
В состояниях 1 и 3 термодинамические температуры одинаковые, т.е. это переход изотермический. Но необходимо иметь в виду, что законом Бойля-Мариотта можно воспользоваться только в том случае, если масса газа остается постоянной. Пусть масса воздуха в баллоне до начала накачивания в него равна M , накачанная масса m1. Тогда в состоянии 1 масса воздуха в баллоне равна M + m1. При переходе к состоянию 2 выпускается из баллона масса m2, т.е. в состоянии 2 масса воздуха в баллоне равна M + m1 - m2. Эту массу можно считать постоянной, поскольку при переходе в состояние 3 она не меняется. В состоянии 1 повышенное давление h1 обусловлено сжатием постоянной массы M + m1 - m2 за счет наличия дополнительной массы m2.
Учитывая все выше сказанное, можно записать: p1V1 = p3V2 (2)
Исключаяиз уравнений (1) и (2) отношение объемов, выразим g.
Из уравнения (1):
éV2 ùg p1
êV1 úû = p2 (1а) ë
Из уравнения (2):
éV2 ùg é p1 ùg
êëV1 úû = êë p3 úû (2а)
Приравняем правые части равенств (1а) и (2а):
p1 é p1 ùg
p2 = êë p3 úû или
g p1 é p1 - p3 ù
= ê1+ ú (3) p2 ë p3 û p1 - p
3 <<1 p3
Для вычисления выражения (1±a)n , где a<<1 и n- любое действительное число, теория приближенных вычислений дает следующее правило:
(1±a)n =1n ± na=1± na Применим это правило к равенству (3):
p1 g +g p1 - p3 , =1
p2 p3
Перенесем 1g =1 в левую часть:
p1 p1 - p
-1=g 3
p2 p3
Из последнего равенства выразим g:
g= (p1 - p2)× p3
(p1 - p3)× p2
Отношение p3 @1, так как p2 и p3очень мало отличаются друг от
p2
друга, поэтому:
g= p1 - p2 или g= H + h1 - H = h1 p1 - p3 H + h1 - H - h2 h1 - h2
Т.о. рабочая формула для определения g:
g = h1 (4) h1 - h2
3. Порядок выполнения работы
1) В баллон нагнетаем насосом воздух при открытом кране, пока перепад h1 между левым и правым коленом в водяном манометре над атмосферным давлением H станет на уровне 150 мм водяного столба и поворотом крана закройте баллон.
2) Выждите 2-3 минуты и определите разность столбов жидкости h1 в манометре по миллиметровой линейке.
3) Очень быстро откройте кран и выпустите часть воздуха из баллона.
4) Как только пересекутся мениски правого и левого столбов жидкости, закройте кран.
5) Выждите 2-3 минуты и определите разность столбов жидкости h2 в левом и правом коленах водяного манометра.
6) Значения h1 и h2 определяются с точностью до 1 мм по миллиметровой линейке, имеющейся на стоке манометра.
7) Занесите значения h1 и h2 в таблицу.
8) Выполните опыт три раза
4.Таблица результатов и измерений
№ опыта |
h1 |
h2 |
g |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
5.Оценка погрешности
1) Погрешность измерений: Определим среднее значение
g1 +g2 +g
g = 3
3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Вычислим среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
DSg
= (g1 -g)2 + (g2 -g)2 + (g3 -g)2 n(n
-1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку измерения Dg
определим как произведение среднеквадратического отклонения DSgна
коэффициент Стьюдента t,
который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
Dg=
t ×DSg
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат
запишем в таком виде: g = g±
Dg
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислим по формуле:
e= ×100% g
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2)Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
6. Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Сборник задач под ред. Грабовского Р. И.: 2.41, 2.42, 2.43, 2.44, 2.45, 2.118, 2.119. 2.121, 2.122, 2.123, 2.124, 2.126, 2.127, 2.130.
Грабовский Р. И.: Гл. 11, § 73-75, стр. 232-240
Трофимова Т. И.: Гл. 9, § 56-59, стр. 86-92
1) Дайте определение: круговой процесс, обратимые и необратимые процессы.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2) Запишите формулу термического к.п.д. для кругового процесса.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3) Дайте определение приведенной теплоты и энтропии.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4) Сформулируйте второе начало термодинамики, отражая его термодинамический и статистический смысл.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5) Каков физический смысл второго начала термодинамики и энтропии?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6) Поясните понятие тепловой смерти Вселенной.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7) Дайте определение цикла Карно.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Дайте определение изоэнтропийного процесса.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Лабораторная работа №6 «Определение удельной теплоемкости твердого тела и изменения энтропии изолированной системы»
Цель работы: научиться определять удельную теплоемкость твердого тела и изменения энтропии изолированной системы
Приборы и материалы: исследуемое тело, калориметр, термометр, весы с разновесами, нагреватель, мерный цилиндр.
1. Описание рабочей установки
установка представляет собой электрический нагреватель с сосудом (рис. 8) и калориметр (рис. 9). Калориметр – это прибор, в котором отсутствует теплообмен с окружающей средой, состоит из внешнего и внутреннего сосуда.
рис. 8 рис. 9
2.Вывод рабочей формулы
Внутренний сосуд калориметра с водой и погруженным в нее телом можно рассматривать как изолированную систему, так как теплообмен между сосудом и окружающей средой практически отсутствует. Поэтому общую энергию в сосуде можно считать постоянной, то есть количество теплоты, поглощаемое водой, равно количеству теплоты, отдаваемое охлаждающимся телом.
Количество теплоты, поглощаемое или отдаваемое телом, можно выразить формулой:
Q = cm(t2 -t1) Количество теплоты, поглощаемое водой, равно: Q1 = cm(q-t1),
где c- удельная теплоемкость воды, c = 4190 Дж/кг·К, m- масса воды в калориметре.
Количество теплоты, отдаваемое телом, равно:
Q2 = cxM (t2 -q),
где cx- искомая удельная теплоемкость, M - масса исследуемого тела. Так как Q1 = Q2, то
cxM (t2 -q) = cm(q-t1) Из последнего равенства выразим cx:
cx = m(q-t1) ×c (1) M (t2 -q)
Равенство (1) является рабочей формулой для определения удельной теплоемкости тела.
Выведем формулу для опытного расчета изменения энтропии изолированной системы. При помещении исследуемого тела во внутренний сосуд калориметра начнет происходить теплообмен между телом с температурой T2 и водой с температурой T1. При теплообмене некоторое количество теплоты перейдет от тела с температурой T2 к телу с температурой T1. При этом температура первого тела понизится от T2 до T2¢, а температура второго тела повысится от T1 до T1¢, т.е. более холодное тело нагреется, а более горячее – охладится. Определим изменение энтропии такой системы:
DS = DS1 + DS2,
где DS1- изменение энтропии нагревающегося тела, DS2- изменение энтропии охлаждающегося тела. Согласно формуле:
DS = cmln T2 ,
T1
получим:
DS = cxM ln T2¢ + cmln T1¢
T2 T1
Учитывая, что T2¢ < T2, можно записать:
DS = cmln TT11¢ - cxM ln TT22¢ = cmlnçæçT1 +TT11¢-T1 ø÷ö÷ - cxM lnèæççT2¢ +TT22¢ -T2¢ ö÷ø÷ = è
= cmlnççæè1+ T1¢T-1T1 ö÷÷ø - cxM lnæççè1+ T2T-2¢T2¢ ö÷÷ø
Согласно теории приближенных вычислений ln(1+ x) » x, если x <<1, поэтому
lnççæè1+ T1¢T-1T1 ö÷÷ø » T1¢T-1T1
lnççæè1+ T2T-2¢T2¢ ÷øö÷ » T2T-2¢T2¢
Подставляя в выражение для изменения энтропии вместо логарифмов их значения, получим:
DS == cmT1¢-T1 -cxM T2 -T2¢
T1 T2¢
Учитывая, что T1¢= T2¢ =q+ 273
T1 = t1 + 273
, получим:
T2 = t2 + 273
q-t1 t2 -q
DS == cm -cxM (2) t1 + 273 q+ 273
Формула (2) является рабочей формулой для определения изменения энтропии.
3. Порядок выполнения работы
1) Взвесьте испытываемое тело. Его масса равна M .
2) Перенесите тело в сосуд, в котором оно будет нагреваться.
3) Нагревайте воду с погруженным в нее телом до кипения. До полного нагревания тела дают ей кипеть 5 минут. Температуру кипящей воды t2принимаем равной 100oC .
4) Пока кипит вода, в мерный цилиндр залейте заданную преподавателем массу mводы и перелейте ее в пустой калориметр.
5) Измерьте температуру t1 воды в калориметре.
6) Перенесите тело из сосуда, в котором оно нагревалось, во внутренний сосуд калориметра.
7) Закройте крышку калориметра, помешивайте воду и после выравнивания измерьте температуру q.
8) Занесите значения M,m,t1,t2,q в таблицу.
9) Выполните опыт три раза.
10) Рассчитайте значения сx,DS по формулам (1) и (2).
4.Таблица результатов и измерений
№ опыта |
M |
m |
t1 |
t2 |
q |
cx |
DS |
1 |
|
|
|
100oС |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
5.Оценка погрешности
1) Погрешность измерений:
Определим среднее значение
с =
с1 + с2 + с3 3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Вычислим среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
DSс =
(с1 -
с)2 + (с2 -
с)2 + (с3 -
с)2 n(n
-1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку измерения Dс определим как
произведение среднеквадратического отклонения DSс на коэффициент
Стьюдента t,
который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
Dс = t ×DSс
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат
запишем в таком виде: с =
с ±Dс
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислим по формуле:
e= ×100% с
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2)Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
6. Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Сборник задач под ред. Грабовского Р. И.: 2.134, 2.135, 2.136, 2.137, 2.138, 2.139, 2.140, 2.141, 2.142.
Тема «Явления переноса»
Грабовский Р. И.: Гл. 9, § 57, 59, 60, стр. 180-182, 185-189
Трофимова Т. И.: Гл. 6, § 31-32, стр. 50-52; Гл. 8, § 48, стр. 75-77
1) Дайте определение явления переноса.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2) Дайте определение теплопроводности.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3) Запишите закон Фурье и поясните физический смысл коэффициента теплопроводности.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4) Дайте определение диффузии.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5) Запишите закон Фика и поясните физический смысл коэффициента диффузии.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6) Дайте определение внутреннего трения (вязкости).
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7) Запишите закон Ньютона и поясните физический смысл коэффициента вязкости. ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
8) Дайте определение ламинарного и турбулентного течения жидкости. ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
9) Дайте определения и запишите формулы кинематической и динамической вязкости, какая существует между ними связь?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
10) Дайте определение числа Рейнольдса. Напишите значения числа Рейнольдса при разных течениях жидкости.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
11) В чем состоит метод Стокса определения коэффициента вязкости?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
12) Запишите формулу Стокса. ________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
13) В чем состоит метод Пуазейля определения коэффициента вязкости?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
14) Запишите формулу Пуазейля.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Лабораторная работа № 7 «Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса»
Цель работы: научиться определять коэффициент вязкости методом Стокса.
Приборы и материалы: стеклянный цилиндр на подставке с исследуемой жидкостью, микрометр, секундомер, тела сферической формы.
1. Описание рабочей установки
Рабочая установка представляет собой стеклянный цилиндр на подставке, заполненный вязкой жидкостью с подвижными метками длины а и b.
рис. 10
2. Вывод рабочей формулы
Метод Стокса основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы.
На тело, падающее в жидкости, действуют три силы:
1) сила тяжести:
Fтяж = mg
Учитывая, что m = rV, V = pr3, получаем:
Fтяж = pr3rg (1),
где r - плотность тела.
2) сила Архимеда:
A 4 3 ¢g (2),
F = pr r
3
где r¢ - плотность жидкости.
3) сила сопротивления, эмпирически установленная Дж. Стоксом:
Fсопр = 6phru (3),
где u- скорость движения жидкости, h- коэффициент вязкости
При равномерном движении тела:
-Fтяж +FA +Fсопр =0Þ
Fсопр =Fтяж -FA
Подставляя в последнее уравнение формулы (1), (2) и (3), получим:
рис.11
6phru= pr3rg - pr3r¢g 6phru= pr3(r-r¢) Þ h=
Так как в работе определяем диаметр шарика, то учтем, что d = r . 2 Скорость выразим через расстояние, пройденное телом l и время t движения
тела от метки a до метки b: u= l , тогда последняя формула примет вид:
t
(r-r¢)d2gt
h= (4)
18l
Формула (4) является рабочей формулой для определения коэффициента вязкости методом Стокса.
3.Порядок выполнения работы
1) Определите диаметр шарика d микрометром три раза по различным направлениям и среднее значение запишите в таблицу.
2) Опустите шарик в цилиндр с исследуемой жидкостью. В момент прохождения метки a включите секундомер, а в момент прохождения метки b отключите.
3) Измерьте масштабной линейкой расстояние между метками a и b.
4) Занесите в таблицу значения l и t.
5) Рассчитайте значение коэффициента вязкости по формуле (4). 6) Выполните опыт три раза.
4.Таблица результатов и измерений
№ опыта |
d |
l |
t |
h |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
||
3 |
|
|
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
5. Оценка погрешности 1)
Погрешность измерений: Определим среднее значение h1 +h2 +h3 h
=
3
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Вычислим среднеквадратичную ошибку среднего арифметического:
DSh
= (h1 -h)2 + (h2 -h)2 + (h3 -h)2 n(n
-1)
где n- число измерений, n-1- число степеней свободы.___________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
_______
__________________________________________________________________
Абсолютную ошибку измерения Dh
определим как произведение среднеквадратического отклонения DShна
коэффициент Стьюдента t,
который при надежности a= 0,95 , равен 4,3:
Dh=
t ×DSh
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Окончательный результат запишем в таком виде:
h=h±
Dh
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Относительную погрешность вычислим по формуле:
e= ×100%
h
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2)Погрешность отклонения от истинного значения:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________
3. Вывод
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Сборник задач под ред. Грабовского Р. И.: 1.133, 1.134, 1.135, 2.52, 2.54, 2.56, 2.57,
2.58, 2.59, 2.60, 2.61, 2.62.
Содержание
Введение 4
Лист успеваемости 5
Раздел 1 «Механика» 6
Тема «Динамика вращательного движения» 6
Лабораторная работа № 1 «Определение момента инерции тела
динамическим методом» 8
Лабораторная работа №2 «Определение момента инерции тела с
учетом силы трения в опоре» 13
Раздел 2 «Механические колебания и волны» 19
Тема «Гармонические колебания» 19
Лабораторная работа №3 «Определение ускорения свободного
падения с помощью математического маятника» 21
Раздел 3 «Основы молекулярной физики» 26
Тема «Свойства реальных жидкостей» 26
Лабораторная работа №4 «Определение коэффициента повер-
хностного натяжения по методу поднятия жидкости в капилляр-
ной трубке» 27
Раздел 4 «Основы термодинамики» 32
Тема «Первое начало термодинамики» 32
Лабораторная работа №5 «Определение отношения молярной
теплоемкости при постоянном давлении Ñp к молярной тепло-
емкости при постоянном объеме CV для воздуха» 34
Тема «Второе начало термодинамики» 40
Лабораторная работа №6 «Определение удельнойтеплоемкости
твердого тела и изменения энтропии изолированной системы» 41
Раздел 5 «Элементы неравновесной термодинамики» 47
Тема «Явления переноса» 47
Лабораторная работа №7 «Определение коэффициента вязкости
жидкости методом Стокса» 49
Правила работы студентов в лаборатории
1. Работа в учебной лаборатории начинается соответственно расписанию занятий в университете. Опоздавшие на занятия в лабораторию не допускаются.
2. Категорически запрещается появляться в лаборатории в верхней одежде.
3. Студент допускается к лабораторному практикуму только после проведения инструктажа и сдачи зачёта по технике безопасности.
4. Допуск к выполнению лабораторной работы студент получает после того, как преподаватель проверит, знает ли студент теорию, необходимую для выполнения задания, порядок выполнения лабораторной работы и технику безопасности в данной работе.
5. Студенты, не готовые к выполнению лабораторных работ, к занятиям в лабораторию не допускаются.
6. Получив допуск, студент приступает к выполнению лабораторной работы. За повреждение приборов и оборудования студент несёт административную ответственность.
7. Все результаты измерения и графики необходимо показать преподавателю, прежде чем оформлять отчёт. Показанный отчёт является подтверждением выполнения задания лабораторной работы.
8. По окончанию работы студент должен разобрать схему, сдать оборудование лаборанту и привести в порядок рабочее место.
Литература
Основная:
1. Грабовский Р.И. Курс физики: Учебное пособие для с.-х. институтов – 6-е изд., перераб. и доп. – М: Высшая школа, 2002 - 607с.
2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для технических вузов 2-е издан. М: Высшая школа, 2001. – 478с.
3. Сборник задач по физике: Учебное пособие/Под ред. Р. И. Грабовского.Спб.: Издательство «Лань», 2002.-128с. Дополнительная:
4. Грибов Л.А., Прокофьева Н.И. Основы физики: Учебник для с.-х. и биологических спец. вузов. – М: Высшая школа, 1992 – 430с.
5. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учебное пособие для медицинских, сельскохозяйственных и биологических специальностей. – М: Высшая школа, 1992 – 616с.
6. Хитун В.А., Скляревич В.В. Практикум по физике для медицинских вузов. Изд.2-е, доп. Учебное пособие для институтов, М: Высшая школа, 1972 – 360с.
Елена Георгиевна Баленко
Татьяна Юрьевна Тарусова
Рабочая тетрадь. Методические разработки к лабораторным работам по физике для студентов сельскохозяйственного ВУЗа– пос. Персиановский, ДонГАУ, 2011 –56 с.
Учебно- методическое издание
Под редакцией Е.Г. Баленко Компьютерная верстка:
Донской государственный аграрный университет
346493, пос. Персиановский, Октябрьский район, Ростовская обл.
В нашем каталоге доступно 74 492 рабочих листа
Перейти в каталогПолучите новую специальность за 2 месяца
Получите профессию
за 6 месяцев
Пройти курс
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Получите профессию
за 6 месяцев
Пройти курс
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
6 664 139 материалов в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Тарусова Татьяна Юрьевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материалВаша скидка на курсы
40%Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
72 ч. — 180 ч.
Курс профессиональной переподготовки
300/600 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
6 ч.
Мини-курс
4 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.