зад 1 Не хотите ли чаю?
Экспериментальная задача 1. «Не хотите ли чаю?»
Внимание! Выполнение данного задания требует значительного времени, поэтому тщательно спланируйте эксперимент.}
Приборы и оборудование: самодельный кипятильник, соединительные провода, два стакана, мерный стакан, термометр, ложка пластмассовая, вода холодная и горячая (в неограниченном количестве), металлический цилиндр, часы, источник тока.
Чтобы сэкономить время, вы можете пользоваться как холодной, так и горячей водой.
Задание 1.
1.1 Определите теплоемкости стакана и металлического цилиндра.
Теплоемкость воды \(c_0 = 4{,}2 \cdot 10^3 \frac{\text{Дж}}{\text{кг} \cdot \text{град}}\), плотность воды \(\rho_0 = 1{,}0 \cdot 10^3 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}\)
Задание 2.
Исследуйте процесс нагревания воды в стакане в диапазонах А) от \(20^\circ\) до \(40^\circ\); Б) от \(60^\circ\) до \(70^\circ\).
2.1. Постройте графики зависимости температуры воды (в указанных диапазонах) от времени нагревания.
2.2. Определите мощность нагревателя.
2.3. На основании исследования процесса нагревания определите среднюю мощность тепловых потерь в окружающую среду в диапазоне температур от \(60^\circ\) до \(70^\circ\).
Задание 3.
Исследуйте процесс остывания воды в стакане (диапазоны изменения температур выбирайте самостоятельно).
3.1 Согласно одной из приближенных теорий теплообмена мощность тепловых потерь в окружающую среду пропорциональна разности температур нагретого тела и окружающей среды. Проверьте эту гипотезу для процесса остывания воды в стакане.
3.2 На основании исследования процесса остывания определите среднюю мощность тепловых потерь в окружающую среду в диапазоне температур от \(60^\circ\) до \(70^\circ\).
Задание 4.
Налейте в стакан 100 г горячей воды, находящейся при температуре \(70^\circ\).
4.1 Постройте график зависимости температуры воды в стакане в диапазоне от \(70^\circ\) до \(50^\circ\).
Еще раз налейте в стакан 100 г горячей воды, находящейся при температуре \(70^\circ\), затем поместите внутрь него холодный металлический цилиндр.
4.2 Постройте график зависимости температуры воды в стакане в диапазоне от \(70^\circ\) до \(50^\circ\). При проведении этого эксперимента воду постоянно перемешивайте.
4.3 Сравните полученную зависимость с аналогичной зависимостью, полученной при выполнении пункта 4.1. Качественно объясните полученные данные.
4.4 На основании полученных в этой части работы данных определите теплоемкость металлического цилиндра.
▶ПодсказкаСкрыть
Теплоёмкости найдите из уравнения теплового баланса при смешивании воды разной температуры. Мощность нагревателя определите по наклону графика нагрева, а мощность потерь — сравнив скорость остывания и нагрева при одной температуре.
зад 2 Соленая каша
Экспериментальная задача 2.
«Соленая каша»
Приборы и оборудование: доска длиной 1 м, штатив с лапкой, книга, линейка, пробирка с пробкой, соль мелкая, крупа пшено, секундомер.
Вам необходимо исследовать процессы скатывания пробирки с наклонной плоскости, в качестве которой используйте деревянную доску, один конец которой закреплен в лапке штатива. Следите, чтобы во всех экспериментах качение пробирки происходило без проскальзывания. В качестве упора используйте книгу.
Задание 1.
1.1 Исследуйте закон движения (скатывания) пустой пробирки. Постройте график закона движения пробирки.
1.2 На основании полученных данных определите, какая модель равномерного или равноускоренного движения точнее описывает экспериментальные данные.
Рекомендуем проводить измерения при небольшом угле наклонной плоскости к горизонту.
Задание 2.
2.1 Исследуйте зависимость времени скатывания пустой пробирки от высоты наклонной плоскости \(h\).
2.2 Предложите теоретическое объяснение полученной зависимости.
Задание 3.
Исследуйте скатывание пробирки, частично заполненной сыпучими телами. Обоснуйте, при какой высоте наклонной плоскости удобнее проводить измерения.
В дальнейшем эту высоту не изменяйте.
Не забудьте указать, при какой высоте проведены измерения.
3.1 Исследуйте зависимости времени скатывания пробирки от степени ее заполнения сыпучими телами (отдельно солью и крупой). Постройте графики полученных зависимостей.
3.2 Качественно объясните полученные зависимости.
3.3 Исследуете закон движения пробирки, при степени ее заполнения, соответствующей максимальному времени скатывания. Постройте график закона движения пробирки.
3.4 На основании полученных данных определите, какая модель равномерного или равноускоренного движения точнее описывает экспериментальные данные.
3.5 Оцените какая доля механической энергии соли, заполняющей пробирку, переходит в тепловую в ходе скатывания пробирки. Постройте график зависимости указанной доли от степени заполнения пробирки.
▶ПодсказкаСкрыть
Проверьте равноускоренность по линейности графика \(s(t^2)\). Сыпучее содержимое пробирки не вращается вместе с ней, поэтому оно меняет момент инерции и тратит часть энергии на трение между частицами.
Источник: Республиканская физическая олимпиада Беларуси, 2004/05, заключительный этап, 9 класс, экспериментальный тур — условия · решения. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.