Построить график зависимости снежной каши от времени. Изменения температуры жидкости от времени нагрева. Переход из твердого состояния в жидкое
Исследование скорости остывания воды в сосуде
при различных условиях
Выполнила команда:
Игровой номер команды:
Ярославль, 2013
Краткая характеристика параметров исследования
Температура
Понятие температуры тела представляется на первый взгляд простым и понятным. Из повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные.
Опыты и наблюдения показывают, что при контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее, а другое как холодное, происходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. «Физическая величина, измеряемая термометром и одинаковая у всех тел или частей тела, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом, называется температурой». Когда термометр приводят в контакт с изучаемым телом, мы видим разного рода изменения: движется "столбик" жидкости, меняется объем газа и т. п. Но вскоре между термометром и телом обязательно наступает термодинамическое равновесие - состояние, при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела: их массы, объемы, давления и так далее. С этого момента термометр показывает не только свою температуру, но и температуру изучаемого тела. В повседневной жизни наиболее распространен способ измерения температуры с помощью жидкостного термометра. Здесь для измерения температуры используется свойство жидкостей при нагревании расширяться. Для измерения температуры тела термометр приводят с ним в контакт, между телом и термометром осуществляется процесс теплопередачи до установления теплового равновесия. Чтобы процесс измерения не изменил заметно температуру тела, масса термометра должна быть значительно меньше массы тела, температура которого измеряется.
Теплообмен
Практически все явления внешнего мира и различные изменения в человеческом организме сопровождаются изменением температуры. Явления теплообмена сопутствуют всей нашей повседневной жизни.
В конце 17 века известный английский физик Исаак Ньютон высказал гипотезу: «скорость теплообмена между двумя телами тем больше, чем сильнее отличаются их температуры (под скоростью теплообмена понимаем изменение температуры в единицу времени). Теплообмен всегда происходит в определённом направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. В этом нас убеждают многочисленные наблюдения, даже на бытовом уровне (ложка в стакане с чаем нагревается, а чай остывает). Когда температура тел выравнивается, процесс теплообмена прекращается, т. е. наступает тепловое равновесие.
Простое и понятное утверждение о том, что самостоятельно теплота переходит только от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой, а не наоборот, является одним из основополагающих законов в физике, и называются II законом термодинамики, этот закон был сформулирован в XVIII веке немецким учёным Рудольфом Клаузиусом.
Исследование скорости остывания воды в сосуде при различных условиях
Гипотеза : Мы предполагаем, что скорость остывания воды в сосуде зависит от слоя жидкости (масла, молока) налитого на поверхность воды.
Цель : Определить влияет ли поверхностным слой масла и поверхностный слой молока на скорость остывания воды.
Задачи
:
1. Изучить явление остывания воды.
2. Определить зависимость температуры остывания воды с поверхностным слоем масла от времени, результаты записать в таблицу.
3. Определить зависимость температуры остывания воды с поверхностным слоем молока от времени, результаты записать в таблицу.
4. Построить графики зависимостей, провести анализ результатов.
5. Сделать вывод о том, какой поверхностный слой на воде оказывает большее влияние на скорость остывания воды.
Оборудование : стакана лабораторный, секундомер, термометр.
План эксперимента
:
1. Определение цены деления шкалы термометра.
2. Провести измерение температуры воды при остывании через каждые 2 минуты.
3. Провести измерение температуры при остывании воды с поверхностным слоем масла через каждый 2 минуты.
4. Провести измерение температуры при остывании воды с поверхностным слоем молока через каждый 2 минуты.
5. Результаты измерений занести в таблицу.
6. По данным таблицы построить графики зависимостей температуры воды от времени.
8. Проанализировать результаты и дать их обоснования.
9. Сделать вывод.
Выполнение работы
Сначала мы нагрели воду в 3 стаканах до температуры 71,5⁰С. Затем мы налили в один из стаканов растительное масло, в другой молоко. Масло распределилось по поверхности воды, образуя равномерный слой. Растительное масло – продукт, извлекаемый из растительного сырья и состоящее из жирных кислот и сопутствующих им веществ. Молоко перемешалось с водой (образуя эмульсию), это свидетельствовало о том, что молоко либо разбавлено водой и не соответствует заявленной на упаковке жирности, либо является изготовленным из сухого продукта и в том и другом случае физические свойства молока изменяются. Натуральное молоко неразбавленное водой в воде собирается сгустком и некоторое время не растворяется. Чтобы определить время остывания жидкостей, мы фиксировали температуру остывания через каждые 2 минуты.
Таблица. Исследование времени остывания жидкостей.
|
жидкость | |||||||||||
вода, t,⁰С | |||||||||||
вода с маслом, t,⁰С | |||||||||||
вода с молоком, t,⁰С |
По данным таблицы мы видим, что начальные условия во всех экспериментах были одинаковыми, но через 20 минут проведения эксперимента жидкости имеют разные температуры, значит они имеют различные скорости остывания жидкости.
Более наглядно это представлено на графике.
В координатной плоскости с осями температура и время отметили точки, отображающие зависимость между этими величинами. Усредняя значения, провели линию. На графике получилась линейная зависимость температуры остывания воды от времени остывания при различных условиях.
Рассчитаем скорость остывания воды:
а) для воды
0-10 мин 
(ºС/мин)
10-20 мин (ºС/мин)
б) для воды с поверхностным слоем масла
0-10 мин 
(ºС/мин)
10-20 мин 
(ºС/мин)
б) для воды с молоком
0-10 мин 
(ºС/мин)
10-20 мин 
(ºС/мин)
Как видно из расчётов медленнее всего остывала вода с маслом. Это обусловлено тем, что слой масла не позволяет воде интенсивно обмениваться теплом с воздухом. Значит теплообмен воды с воздухом замедляется, скорость остывания воды уменьшается, вода дольше остается более горячей. Это можно использовать при приготовлении пищи, например при варке макарон, после закипания воды добавить масло, макароны быстрее сварятся да еще и слипаться не будут.
Вода без каких либо добавок имеет скорость остывания наибольшую, значит и остынет быстрее.
Вывод: таким образом, мы экспериментально убедились, что поверхностный слой масла оказывает большее влияние на скорость остывания воды, скорость остывания уменьшается и вода остывает медленнее.
За это задание вы можете получить 2 балла на ЕГЭ в 2020 году
Задание 11 ЕГЭ по физике посвящено основам термодинамики и молекулярно-кинетической теории. Общая тема этого билета – объяснение разнообразных явлений.
Построено задание 11 ЕГЭ по физике всегда одинаково: учащемуся будет предложен график или описание какой-либо зависимости (выделение тепловой энергии при нагревании тела, изменение давления газа в зависимости от его температуры или плотности, любых процессов в идеальном газе). После приводится пять высказываний, прямо или косвенно касающихся темы билета и представляющих текстовое описание термодинамических закономерностей. Из них учащемуся необходимо выбрать два утверждения, которые он считает верными, соответствующими условию.
Задание 11 ЕГЭ по физике обычно пугает учащихся, ведь оно содержит в себе множество цифровых данных, таблиц, графиков. На самом деле оно является теоретическим, и что-либо вычислять при ответе на вопрос ученику не придется. Потому на самом деле особых трудностей этот вопрос обычно не вызывает. Однако ученик должен адекватно оценивать свои возможности и «засиживаться» над одиннадцатым заданием не рекомендуется, ведь время выполнения всего испытания ограничено определенным числом минут.
(количества теплоты, переданной жидкости при нагреве)
1. Система действий по получению и обработке результатов измерения времени нагрева жидкости до определенной температуры и изменения температуры жидкости:
1) проверить, нужно ли ввести поправку; если да, то ввести поправку;
2) установить, сколько измерений данной величины нужно произвести;
3) подготовить таблицу для записи и обработки результатов наблюдений;
4) произвести установленное число измерений данной величины; результаты наблюдений занести в таблицу;
5) найти измеренное значение величины как среднее арифметическое результатов отдельных наблюдений с учетом правила запасной цифры:
6) вычислить модули абсолютных отклонений результатов отдельных измерений от среднего:
7) найти случайную погрешность;
8) найти инструментальную погрешность;
9) найти погрешность отсчета;
10) найти погрешность вычисления;
11) найти полную абсолютную погрешность;
12) записать результат с указанием полной абсолютной погрешности.
2. Система действий по построению графика зависимости Δt = f (Δτ ):
1) начертить координатные оси; ось абсцисс обозначить Δτ , с , а ось ординат – Δt , 0 С;
2) выбрать масштабы для каждой из осей и нанести на осях шкалы;
3) изобразить интервалы значений Δτ и Δt для каждого опыта;
4) провести плавную линию так, чтобы она проходила внутри интервалов.
3. ОИ № 1 – вода массой 100 г при начальной температуре 18 0 С:
1) для измерения температуры будем использовать термометр со шкалой до 100 0 С; для измерения времени нагрева будем пользоваться шестидесятисекундным механическим секундомером. Эти приборы не требуют внесения поправок;
2) при измерении времени нагрева до фиксированной температуры возможны случайные погрешности. Поэтому проведем 5 измерений промежутков времени при нагревании до одной и той же температуры (в расчетах это утроит случайную погрешность). При измерении температуры случайных погрешностей не обнаружено. Поэтому будем считать, что абсолютная погрешность при определении t , 0 C равна инструментальной погрешности используемого термометра, то есть цене деления шкалы 2 0 С (табл. 3);
3) составим таблицу для записи и обработки результатов измерений:
| № опыта | |||||||
| Δt, 0 C | 18 ± 2 | 25 ± 2 | 40 ± 2 | 55 ± 2 | 70 ± 2 | 85 ± 2 | 100 ± 2 |
| τ 1 , c | 29,0 | 80,0 | 145,0 | 210,0 | 270,0 | 325,0 | |
| t 2 , c | 25,0 | 90,0 | 147,0 | 205,0 | 265,0 | 327,0 | |
| t 3 , c | 30,0 | 85,0 | 150,0 | 210,0 | 269,0 | 330,0 | |
| t 4 , c | 27,0 | 89,0 | 143,0 | 202,0 | 272,0 | 330,0 | |
| t 5 , c | 26,0 | 87,0 | 149,0 | 207,0 | 269,0 | 329,0 | |
| t ср, c | 27,4 | 86,2 | 146,8 | 206,8 | 269,0 | 328,2 |
4) результаты проведенных измерений занесены в таблицу;
5) среднее арифметическое каждого измерения τ вычислено и указано в последней строке таблицы;
для температуры 25 0 C:
7) находим случайную погрешность измерения:
8) инструментальную погрешность секундомера в каждом случае находим с учетом полных кругов, сделанных секундной стрелкой (то есть если один полный круг дает погрешность 1,5 с, то полкруга дает 0,75 с, а 2,3 круга – 3,45 с). В первом опыте Δt и = 0,7 c;
9) погрешность отсчета механического секундомера принимаем равной одному делению шкалы: Δt о = 1,0 с;
10) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
11) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 4,44 + 0,7 + 1,0 + 0 = 6,14 с ≈ 6,1 с;
(здесь окончательный результат округлен с недостатком до одной значащей цифры);
12) записываем результат измерения: t = (27,4 ± 6,1) с
6 а) рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 40 0 С:
Δt и
= 2,0 c;
t о = 1,0 с;
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 8,88 + 2,0 + 1,0 + 0 = 11,88 с ≈ 11,9 с;
t = (86,2 ± 11,9) с
для температуры 55 0 С:
Δt и
= 3,5 c;
t о = 1,0 с;
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 6,72 + 3,5 + 1,0 + 0 = 11,22 с ≈ 11,2 с;
t = (146,8 ± 11,2) с
для температуры 70 0 С:
Δt и
= 5,0 c;
t о = 1,0 с;
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 7,92 + 5,0 + 1,0 + 0 = 13,92 с ≈ 13,9 с;
12 в) записываем результат измерения: t = (206,8 ± 13,9) с
для температуры 85 0 С:
Δt и
= 6,4 c;
9 г) погрешность отсчета механического секундомера Δt о = 1,0 с;
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 4,8 + 6,4 + 1,0 + 0 = 12,2 с;
t = (269,0 ± 12,2) с
для температуры 100 0 С:
Δt и
= 8,0 c;
t о = 1,0 с;
10 д) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 5,28 + 8,0 + 1,0 + 0 = 14,28 с ≈ 14,3 с;
t = (328,2 ± 14,3) с.
Результаты расчетов представим в виде таблицы, в которой приводятся разности конечной и начальной температуры в каждом опыте и время нагрева воды.
4. Построим график зависимости изменения температуры воды от количества теплоты (времени нагрева) (рис. 14). При построении во всех случаях указывается интервал погрешности измерения времени. Толщина линии соответствует погрешности измерения температуры.
Рис. 14. График зависимости изменения температуры воды от времени ее нагрева
5. Устанавливаем, что полученный нами график похож на график прямой пропорциональной зависимости y = kx . Значение коэффициента k в данном случае нетрудно определить из графика. Поэтому окончательно можно записать Δt = 0,25Δτ . Из построенного графика можно сделать вывод, что температура воды прямо пропорциональна количеству теплоты.
6. Повторяем все измерения для ОИ № 2 – подсолнечного масла
.
В таблице, в последней строке, приведены средние результаты.
| t , 0 C | 18 ± 2 | 25 ± 2 | 40 ± 2 | 55 ± 2 | 70 ± 2 | 85 ± 2 | 100 ± 2 |
| t 1 , c | 10,0 | 38,0 | 60,0 | 88,0 | 110,0 | 136,0 | |
| t 2 , c | 11,0 | 36,0 | 63,0 | 89,0 | 115,0 | 134,0 | |
| t 3 , c | 10,0 | 37,0 | 62,0 | 85,0 | 112,0 | 140,0 | |
| t 4 , c | 9,0 | 38,0 | 63,0 | 87,0 | 112,0 | 140,0 | |
| t 5 , c | 12,0 | 35,0 | 60,0 | 87,0 | 114,0 | 139,0 | |
| t ср , c | 10,4 | 36,8 | 61,6 | 87,2 | 112,6 | 137,8 |
6) рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 25 0 С:
1) находим случайную погрешность измерения:
2) инструментальную погрешность секундомера в каждом случае находим так же, как и в первой серии опытов. В первом опыте Δt и = 0,3 c;
3) погрешность отсчета механического секундомера принимаем равной одному делению шкалы: Δt о = 1,0 с;
4) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
5) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 2,64 + 0,3 + 1,0 + 0 = 3,94 с ≈ 3,9 с;
6) записываем результат измерения: t = (10,4 ± 3,9) с
6 а) Рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 40 0 С:
7 а) находим случайную погрешность измерения:
8 а) инструментальная погрешность секундомера во втором опыте
Δt и
= 0,8 c;
9 а) погрешность отсчета механического секундомера Δt о = 1,0 с;
10 а) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
11 а) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 3,12 + 0,8 + 1,0 + 0 = 4,92 с ≈ 4,9 с;
12 а) записываем результат измерения: t = (36,8 ± 4,9) с
6 б) рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 55 0 С:
7 б) находим случайную погрешность измерения:
8 б) инструментальная погрешность секундомера в данном опыте
Δt и
= 1,5 c;
9 б) погрешность отсчета механического секундомера Δt о = 1,0 с;
10 б) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
11 б) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 3,84 + 1,5 + 1,0 + 0 = 6,34 с ≈ 6,3 с;
12 б) записываем результат измерения: t = (61,6 ± 6,3) с
6 в) рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 70 0 С:
7 в) находим случайную погрешность измерения:
8 в) инструментальная погрешность секундомера в данном опыте
Δt и
= 2,1 c;
9 в) погрешность отсчета механического секундомера Δt о = 1,0 с;
10 в) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
11 в) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 2,52 + 2,1 + 1,0 + 0 = 5,62 с ≈ 5,6 с;
12 в) записываем результат измерения: t= (87,2 ± 5,6) с
6 г) рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 85 0 С:
7 г) находим случайную погрешность измерения:
8 г) инструментальная погрешность секундомера в данном опыте
Δt и
= 2,7 c;
9 г) погрешность отсчета механического секундомера Δt о = 1,0 с;
10 г) погрешность вычисления в данном случае равна нулю;
11 г) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 4,56 + 2,7 + 1,0 + 0 = 8,26 с ≈ 8,3;
12 г) записываем результат измерения: t = (112,6 ± 8,3) с
6 д) рассчитываем модули абсолютных отклонений результатов отдельных наблюдений от среднего для температуры 100 0 С:
7 д) находим случайную погрешность измерения:
8 д) инструментальная погрешность секундомера в данном опыте
Δt и
= 3,4 c;
9 д) погрешность отсчета механического секундомера Δt о = 1,0 с;
10 д) погрешность вычисления в данном случае равна нулю.
11 д) рассчитываем полную абсолютную погрешность:
Δt = Δt C + Δt и + Δt 0 + Δt B = 5,28 + 3,4 + 1,0 + 0 = 9,68 с ≈ 9,7 с;
12 д) записываем результат измерения: t = (137,8 ± 9,7) с.
Результаты расчетов представим в виде таблицы, в которой приводятся разности конечной и начальной температуры в каждом опыте и время нагрева подсолнечного масла.
7. Построим график зависимости изменения температуры масла от времени нагрева (рис. 15). При построении во всех случаях указывается интервал погрешности измерения времени. Толщина линии соответствует погрешности измерения температуры.
Рис. 15. График зависимости изменения температуры воды от времени ее нагрева
8. Построенный график похож на график прямой пропорциональной зависимости y = kx . Значение коэффициента k в данном случае нетрудно найти из графика. Поэтому окончательно можно записать Δt = 0,6Δτ .
Из построенного графика можно сделать вывод, что температура подсолнечного масла прямо пропорциональна количеству теплоты.
9. Формулируем ответ на ПЗ: температура жидкости прямо пропорциональна количеству теплоты, полученному телом при нагревании.
Пример 3 . ПЗ: установить вид зависимости выходного напряжения на резисторе R н от значения эквивалентного сопротивления участка цепи АВ (задача решается на экспериментальной установке, принципиальная схема которой приведена на рис. 16).
Для решения этой задачи нужно выполнить следующие действия.
1. Составить систему действий по получению и обработке результатов измерения эквивалентного сопротивления участка цепи и напряжения на нагрузке R н (см. п. 2.2.8 или п. 2.2.9).
2. Составить систему действий по построению графика зависимости выходного напряжения (на резисторе R н ) от эквивалентного сопротивления участка цепи АВ.
3. Выбрать ОИ № 1 – участок с определенным значением R н1 и выполнить все запланированные в п. 1 и 2 действия.
4. Подобрать известную в математике функциональную зависимость, график которой похож на экспериментальную кривую.
5. Записать математически эту функциональную зависимость для нагрузки R н1 и сформулировать для нее ответ на поставленную познавательную задачу.
6. Выбрать ОИ № 2 – участок ВС с другим значением сопротивления R н2 и выполнить с ним ту же систему действий.
7. Подобрать известную в математике функциональную зависимость, график которой похож на экспериментальную кривую.
8. Записать математически эту функциональную зависимость для сопротивления R н2 и сформулировать для него ответ на поставленную познавательную задачу.
9. Сформулировать функциональную зависимость между величинами в обобщенном виде.
Отчет о выявлении вида зависимости выходного напряжения на сопротивлении R н от эквивалентного сопротивления участка цепи АВ
(приводится в сокращенном варианте)
Независимой переменной величиной является эквивалентное сопротивление участка цепи АВ, которое измеряется с помощью цифрового вольтметра, подключаемого к точкам А и В схемы. Измерения проводились на пределе 1000 Ом, то есть точность измерений равна цене младшего разряда, что соответствует ±1 Ом.
Зависимой переменной являлось значение выходного напряжения, снимаемого на сопротивлении нагрузки (точки В и С). В качестве измерительного прибора использовался цифровой вольтметр с минимальным разрядом сотые доли вольта.
Рис. 16. Схема экспериментальной установки для исследования вида зависимости выходного напряжения от величины эквивалентного сопротивления цепи
Эквивалентное сопротивление менялось с помощью ключей Q 1 , Q 2 и Q 3 . Для удобства включенное состояние ключа будем обозначать «1», а выключенное – «0». В данной цепи возможно всего 8 их комбинаций.
Для каждой комбинации выходное напряжение измерялось 5 раз.
В ходе исследования были получены следующие результаты:
| Номер опыта | Состояние ключей | Эквивалентное сопротивление R Э , Ом | Выходное напряжение, U вых , В | |||||
| U 1 ,В | U 2 , В | U 3 , В | U 4 , В | U 5 , В | ||||
| Q 3 Q 2 Q 1 | ||||||||
| 0 0 0 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |||
| 0 0 1 | 800 ± 1 | 1,36 | 1,35 | 1,37 | 1,37 | 1,36 | ||
| 0 1 0 | 400 ± 1 | 2,66 | 2,67 | 2,65 | 2,67 | 2,68 | ||
| 0 1 1 | 267 ± 1 | 4,00 | 4,03 | 4,03 | 4,01 | 4,03 | ||
| 1 0 0 | 200 ± 1 | 5,35 | 5,37 | 5,36 | 5,33 | 5,34 | ||
| 1 0 1 | 160 ± 1 | 6,70 | 6,72 | 6,73 | 6,70 | 6,72 | ||
| 1 1 0 | 133 ± 1 | 8,05 | 8,10 | 8,05 | 8,00 | 8,10 | ||
| 1 1 1 | 114 ± 1 | 9,37 | 9,36 | 9,37 | 9,36 | 9,35 |
Результаты обработки экспериментальных данныхприведены в следующей таблице:
| № | Q 3 Q 2 Q 1 | R Э , Ом | U ср , В | U ср. окр. , В | ΔU ср , В | ΔU и , В | ΔU о , В | ΔU в , В | ΔU , В | U , В |
| 0 0 0 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,02 | 0,00±0,02 | ||
| 0 0 1 | 800±1 | 1,362 | 1,36 | 0,0192 | 0,01 | 0,01 | 0,002 | 0,0412 | 1,36±0,04 | |
| 0 1 0 | 400±1 | 2,666 | 2,67 | 0,0264 | 0,01 | 0,01 | 0,004 | 0,0504 | 2,67±0,05 | |
| 0 1 1 | 267±1 | 4,02 | 4,02 | 0,036 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,056 | 4,02±0,06 | |
| 1 0 0 | 200±1 | 5,35 | 5,35 | 0,036 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,056 | 5,35±0,06 | |
| 1 0 1 | 160±1 | 6,714 | 6,71 | 0,0336 | 0,01 | 0,01 | 0,004 | 0,0576 | 6,71±0,06 | |
| 1 1 0 | 133±1 | 8,06 | 8,06 | 0,096 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,116 | 8,06±0,12 | |
| 1 1 1 | 114±1 | 9,362 | 9,36 | 0,0192 | 0,01 | 0,01 | 0,002 | 0,0412 | 9,36±0,04 |
Строим график зависимости выходного напряжения от значения эквивалентного сопротивления U = f (R Э ).
При построении графика длина линии соответствует погрешности измерения ΔU , индивидуальной для каждого опыта (максимальная погрешность ΔU = 0,116 В, что соответствует примерно 2,5 мм на графике при выбранном масштабе). Толщина линии соответствует погрешности измерения эквивалентного сопротивления. Получившийся график представлен на рис. 17.
Рис. 17. График зависимости выходного напряжения
от значения эквивалентного сопротивления на участке АВ
График напоминает график обратной пропорциональной зависимости. Для того чтобы убедиться в этом, построим график зависимости выходного напряжения от величины, обратной значению эквивалентного сопротивления U = f (1/R Э ),то есть от проводимости σ цепи. Для удобства данные для этого графика представим в виде следующей таблицы:
Полученный график (рис. 18) подтверждает высказанное предположение: выходное напряжение на сопротивлении нагрузки R н1 обратно пропорционально эквивалентному сопротивлению участка цепи АВ: U = 0,0017/R Э .
Выбираем другой объект исследования: ОИ № 2 – другое значение сопротивления нагрузки R н2 , и выполняем все те же действия. Получаем аналогичный результат, но с другим коэффициентом k .
Формулируем ответ на ПЗ: выходное напряжение на сопротивлении нагрузки R н обратно пропорционально значению эквивалентного сопротивления участка цепи, состоящего из трех параллельно соединенных проводников, которые можно включать в одной из восьми комбинаций.
Рис. 18. График зависимости выходного напряжения от проводимости участка цепи АВ
Отметим, что рассматриваемая схема является цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) – устройством, переводящим цифровой код (в данном случае двоичный) в аналоговый сигнал (в данном случае – в напряжение).
Планирование деятельности по решению познавательной задачи № 4
Экспериментальное нахождение конкретного значения конкретной физической величины (решение познавательной задачи № 4) может осуществляться в двух ситуациях: 1) метод нахождения указанной физической величины неизвестен и 2) метод нахождения данной величины уже разработан. В первой ситуации возникает потребность в разработке метода (системы действий) и подборе оборудования для его практической реализации. Во второй ситуации возникает потребность изучить этот метод, то есть выяснить, какое оборудование должно быть использовано для практической реализации этого метода и какова должна быть система действий, последовательное выполнение которых позволит получить конкретное значение конкретной величины в конкретной ситуации. Общим для обеих ситуаций является выражение искомой величины через другие величины, значение которых можно найти прямым измерением. Говорят, что в этом случае человек осуществляет косвенное измерение.
Значения величин, полученные косвенным измерением, являются неточными. Это и понятно: они находятся по результатам прямых измерений, которые всегда неточны. В связи с этим в систему действий по решению познавательной задачи № 4 обязательно должны входить действия по расчету погрешностей.
Для нахождения погрешностей косвенных измерений разработано два метода: метод границ погрешностей и метод границ. Рассмотрим содержание каждого из которых.
Метод границ погрешностей
Метод границ погрешностей основан на дифференцировании.
Пусть косвенно измеряемая величина у является функцией нескольких аргументов: y = f(X 1 , X 2 , …, X N).
Величины Х 1 , Х 2 , ..., Х n измерены прямыми методами с абсолютными погрешностями ΔХ 1 , ΔХ 2 , …, ΔХ N . Вследствие этого величина у будет найдена также с некоторой погрешностью Δу.
Обычно ΔX 1 << Х 1, ΔХ 2 << Х 2 , …, ΔХ N << Х n , Δy << у. Поэтому можно перейти к бесконечно малым величинам, то есть заменить ΔХ 1 , ΔХ 2 , …, ΔХ N , Δy их дифференциалами dХ 1 , dХ 2 , ..., dХ N , dy соответственно. Тогда относительная погрешность
относительная погрешность функции равна дифференциалу ее натурального логарифма.
В правую часть равенства вместо дифференциалов переменных величин подставляют их абсолютные погрешности, а вместо самих величин – их средние значения. С целью определения верхней границы погрешности алгебраическое суммирование погрешностей заменяют арифметическим.
Зная относительную погрешность, находят абсолютную погрешность
Δу = ε у ּу,
где вместо у подставляют полученное в результате измерения значение
У изм = f (<Х 1 >, <Х 2 >, ..., <Х n > ).
Все промежуточные расчеты выполняют по правилам приближенных вычислений с одной запасной цифрой. Конечный результат и погрешности округляют по общим правилам. Ответ записывают в виде
У =У изм ± ΔУ ; ε у = …
Выражения для относительных и абсолютных погрешностей зависят от вида функции у. Основные, часто встречающиеся при выполнении лабораторных работ формулы представлены в таблице 5.
Одно и тоже вещество в реальном мире в зависимости от окружающих условий может находиться в различных состояниях. Например, вода может быть в виде жидкости, в идее твердого тела - лед, в виде газа - водяной пар.
- Эти состояния называются агрегатными состояниями вещества.
Молекулы вещества в различных агрегатных состояниях ничем не отличаются друг от друга. Конкретное агрегатное состояние определяется расположением молекул, а так же характером их движения и взаимодействия между собой.
Газ - расстояние между молекулами значительно больше размеров самих молекул. Молекулы в жидкости и в твердом теле расположены достаточно близко друг к другу. В твердых телах еще ближе.
Чтобы изменить агрегатное состояние тела, ему необходимо сообщить некоторую энергию. Например, чтобы перевести воду в пар её надо нагреть.Чтобы пар снова стал водой, он должен отдать энергию.
Переход из твердого состояния в жидкое
Переход вещества из твердого состояние в жидкое называется плавлением. Для того чтобы тело начало плавиться, его необходимо нагреть до определенной температуры. Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.
Каждое вещество имеет свою температуру плавления. У каких-то тел она очень низкая, например, у льда. А у каких-то тел температура плавления очень высокая, например, железо. Вообще, плавление кристаллического тела это сложный процесс.
График плавления льда
Ниже на рисунке представлен график плавления кристаллического тела, в данном случае льда.
- График показывает зависимость температуры льда от времени, которое его нагревают. На вертикально оси отложена температура, по горизонтальной - время.
Из графика, что изначально температура льда была -20 градусов. Потом его начали нагревать. Температура начала расти. Участок АВ это участок нагревания льда. С течением времени, температура увеличилась до 0 градусов. Эта температура считается температурой плавления льда. При этой температуре лед начал плавиться, но при этом перестала возрастать его температура, хотя при этом лед также продолжали нагревать. Участку плавления соответствует участок ВС на графике.
Затем, когда весь лед расплавился и превратился в жидкость, температура воды снова стала увеличиваться. Это показано на графике лучом C. То есть делаем вывод, что во время плавления температура тела не изменяется, вся поступающая энергия идет на плвление.
Каталог заданий.
Часть 2
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word
В процессе кипения жидкости, предварительно нагретой до температуры кипения, сообщаемая ей энергия идёт
1) на увеличение средней скорости движения молекул
2) на увеличение средней скорости движения молекул и на преодоление сил взаимодействия между молекулами
3) на преодоление сил взаимодействия между молекулами без увеличения средней скорости их движения
4) на увеличение средней скорости движения молекул и на увеличение сил взаимодействия между молекулами
Решение.
При кипении температура жидкости не меняется, а происходит процесс перехода в другое агрегатное состояние. Образование другого агрегатного состояния идет с преодолением сил взаимодействия между молекулами. Постоянность температуры означает и постоянство средней скорости движения молекул.
Ответ: 3
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.
Открытый сосуд с водой находится в лаборатории, в которой поддерживается определённая температура и влажность воздуха. Скорость испарения будет равна скорости конденсации воды в сосуде
1) только при условии, что температура в лаборатории больше 25 °С
2) только при условии, что влажность воздуха в лаборатории равна 100%
3) только при условии, что температура в лаборатории меньше 25 °С, а влажность воздуха меньше 100%
4) при любой температуре и влажности в лаборатории
Решение.
Скорость испарения будет равна скорости конденсации воды в сосуде только если влажность воздуха в лаборатории равна 100% вне зависимости от температуры. В таком случае будет наблюдаться динамическое равновесие: сколько молекул испарилось, столько же сконденсировалось.
Правильный ответ указан под номером 2.
Ответ: 2
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326.
1) для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж
2) для нагревания 500 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 1 Дж
3) для нагревания 1 кг стали на 500 °С необходимо затратить энергию 1 Дж
4) для нагревания 500 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж
Решение.
Удельная теплоемкость характеризует количество энергии, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для того, из которого состоит тело, для того, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Таким образом, для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж.
Правильный ответ указан под номером 1.
Ответ: 1
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 1327.
Удельная теплоёмкость стали равна 500 Дж/кг·°С. Что это означает?
1) при охлаждении 1 кг стали на 1 °С выделяется энергия 500 Дж
2) при охлаждении 500 кг стали на 1 °С выделяется энергия 1 Дж
3) при охлаждении 1 кг стали на 500 °С выделяется энергия 1 Дж
4) при охлаждении 500 кг стали на 1 °С выделяется энергия 500 Дж
Решение.
Удельная теплоемкость характеризует количество энергии, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для того, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Таким образом, для нагревания 1 кг стали на 1 °С необходимо затратить энергию 500 Дж.
Правильный ответ указан под номером 1.
Ответ: 1
Источник: ГИА по физике. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 1328.
Регина Магадеева
09.04.2016 18:54
В учебнике восьмого класса у меня определения удельной теплоемкости выглядит так:физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1кг для того, чтобы его температура!изменилась! на 1 градус. В решении же написано, что удельная теплоемкость нужна для того, чтобы нагреть на 1 градус.
