зад 1 Изучение источников тока
Приборы и оборудование: две батарейки, мультиметр, резистор с известным сопротивлением, переменный резистор, ключ двух полюсный, соединительные провода.
Как известно источники электрического тока характеризуются двумя параметрами – ЭДС \(\varepsilon\) и внутренним сопротивлением \(r\). В данной работе Вам необходимо разработать методику измерения этих параметров и исследовать законы последовательного и параллельного соединения батареек.
Часть 1. Традиционная.
Для изучения источников электрического тока обычно исследуется их нагрузочная характеристика: зависимость напряжения на внешней цепи от силы тока в ней \(U(I)\). Очевидно, что в этом случае сопротивление цепи должно изменяться.
1.1 Получите формулу, описывающую нагрузочную характеристику электрической батарейки с постоянным внутренним сопротивлением.
Электронный мультиметр лучше всего работает в режиме измерения напряжения (как вольтметр). В этом режиме его сопротивление превышает 1 Мом. Поэтому в данной части используйте мультиметр только как измеритель напряжения.
1.2 Предложите простую схему, позволяющую с помощью одного вольтметра измерять напряжение на внешней цепи и силу тока в ней.
1.3 Измерьте зависимость напряжения на внешней цепи от силы тока в ней \(U(I)\) (нагрузочная характеристика) для плоской батарейки. Постройте график полученной зависимости.
1.4 Используя полученный график, рассчитайте ЭДС и внутреннее сопротивление батарейки. Оцените погрешность полученных значений.
При подключении вольтметра к выводам батарейки, показываемое значение напряжения практически равно ЭДС батарейки. Объясните почему? Также объясните, почему нельзя измерить внутреннее сопротивление батарейки, используя мультиметр в режиме измерения сопротивления (как омметр), напрямую подключая его к выводам батарейки.
1.5 Измерьте напрямую ЭДС плоской батарейки.
Если известна ЭДС источника, то для определения его внутреннего сопротивления экспериментально исследуется его нагрузочная характеристика \(U(I)\), но строится зависимость величины \((\varepsilon - U)\) от силы тока. Эта зависимость содержит единственный параметр, который легко может быть найден. В дальнейшем используйте именно этот метод определения внутреннего сопротивления и ЭДС.
1.6 Измерьте ЭДС и внутреннее сопротивления второй батарейки. Оцените погрешность полученных значений.
В последующих частях оценивать погрешности не требуется!}
Часть 2. Последовательное соединение батареек.
2.1 Получите формулы для общей ЭДС и общего внутреннего сопротивления двух последовательно соединенных батареек.
2.2 Измерьте ЭДС и внутреннее сопротивление двух последовательно соединенных батареек. Сравните полученные результаты с расчетами по полученным Вами в п. 2.1 формулам.
Часть 3. Параллельное соединение батареек.
При параллельном соединении двух батареек суммарная ЭДС рассчитывается по формуле
\[\varepsilon = \frac{\varepsilon_1 r_2 + \varepsilon_2 r_1}{r_2 + r_1}\tag{1}\]
3.1 Докажите формулу (1).
Так как внутренние сопротивления батареек малы, то проверить полученную формулу затруднительно. Поэтому для ее экспериментальной проверки Вам предлагается «увеличить» внутренне сопротивление ваших источников, подключая к ним последовательно резисторы, как показано на схеме. Кроме того, эта схема позволяет изменять «внутреннее» сопротивление. Постоянный резистор подключайте к плоской батарейке.
3.2 Измерьте зависимость ЭДС составного источника, показанного на схеме от сопротивления переменного резистора. Постройте график полученной зависимости.
Сопротивление резистора можете измерять с помощью мультиметра в режиме омметра. Укажите, как Вы проводили эти измерения.
3.3 На этом же бланке приведите график теоретической зависимости, рассчитанной по формуле (1). При расчетах используйте данные, полученные в предыдущих частях работы. Сделайте вывод о применимости (или неприменимости) формулы (1).
▶ПодсказкаСкрыть
Напряжение на внешней цепи линейно зависит от силы тока: наклон прямой даёт внутреннее сопротивление, а сдвиг — ЭДС; для параллельного соединения используйте правила Кирхгофа.
▶ОтветСкрыть
1.4) плоская батарейка: \(\varepsilon=(3{,}94\pm0{,}02)\) В, \(r=(1{,}42\pm0{,}02)\) Ом (прямое измерение ЭДС — \(4{,}18\) В); 1.6) вторая батарейка: \(\varepsilon=(2{,}59\pm0{,}01)\) В, \(r=(0{,}37\pm0{,}02)\) Ом; 2.1) \(\varepsilon=\varepsilon_1+\varepsilon_2\), \(r=r_1+r_2\); 2.2) \(\varepsilon=(6{,}35\pm0{,}15)\) В, \(r=(1{,}77\pm0{,}19)\) Ом.
▶РешениеСкрыть
1.1 Из закона Ома для полной цепи следует, что зависимость напряжения на внешней цепи зависит от силы тока по закону
\[U = \varepsilon - Ir\tag{1}\]
1.2 Требуемая схема является традиционной для проведения подобных измерений и показана на рисунке. В положении ключа 1 вольтметр показывает напряжение \(U_0\) на постоянном резисторе \(R_0 = 2{,}0\) Ом, в положении 2 — напряжение \(U_x\) на переменном резисторе \(R_x\). Тогда для построения нагрузочной характеристики следует провести расчеты по следующим формулам: Сила тока в цепи: \(I = \frac{U_0}{R_0}\); Напряжение на внешнем участке \(U = U_0 + U_x\).
1.3 Результаты измерений зависимости напряжения на внешней цепи от силы тока в ней \(U(I)\) (нагрузочная характеристика) для плоской батарейки приведены в таблице 1. График полученной зависимости показан на рис.1
Таблица 1.
| \(Ux\) | \(Uo\) | \(Io\) | \(U\) |
| 2,89 | 0,62 | 0,31 | 3,51 |
| 2,80 | 0,67 | 0,34 | 3,47 |
| 2,74 | 0,70 | 0,35 | 3,44 |
| 2,65 | 0,75 | 0,38 | 3,40 |
| 2,52 | 0,82 | 0,41 | 3,34 |
| 2,38 | 0,91 | 0,46 | 3,29 |
| 2,18 | 1,03 | 0,52 | 3,21 |
| 2,01 | 1,14 | 0,57 | 3,15 |
| 1,89 | 1,19 | 0,60 | 3,08 |
| 1,71 | 1,30 | 0,65 | 3,01 |
| 1,53 | 1,41 | 0,71 | 2,94 |
| 1,36 | 1,50 | 0,75 | 2,86 |
| 1,05 | 1,69 | 0,85 | 2,74 |
| 0,81 | 1,83 | 0,92 | 2,64 |
| 0,50 | 2,02 | 1,01 | 2,52 |
| 0,17 | 2,20 | 1,10 | 2,37 |
1.4 Как следует из формулы (1) коэффициент наклона данной прямой равен внутреннему сопротивлению батарейки, а величина сдвига — ее ЭДС. Расчет по методу наименьших квадратов приводит к следующим значениям этих параметров
\[\begin{aligned} & \varepsilon=(3{,}94 \pm 0{,}02) \text{ В} \\ & r=(1{,}42 \pm 0{,}02) \text{ Ом} \end{aligned}\tag{2}\]
1.5 Прямое измерение ЭДС плоской батарейки дало значение 4,18 В. Аналогичные измерения проведены для набора двух аккумуляторов. Результаты представлены в Таблице 2 и на графике рис. 2
Таблица 2.
| \(Ux\) | \(Uo\) | \(Io\) | \(U\) |
| 2,08 | 0,44 | 0,22 | 2,52 |
| 2,04 | 0,47 | 0,24 | 2,51 |
| 2,02 | 0,50 | 0,25 | 2,52 |
| 1,98 | 0,53 | 0,27 | 2,51 |
| 1,94 | 0,56 | 0,28 | 2,50 |
| 1,89 | 0,61 | 0,31 | 2,50 |
| 1,81 | 0,67 | 0,34 | 2,48 |
| 1,46 | 0,95 | 0,48 | 2,41 |
| 1,75 | 0,72 | 0,36 | 2,47 |
| 1,68 | 0,78 | 0,39 | 2,46 |
| 1,59 | 0,86 | 0,43 | 2,45 |
| 1,48 | 0,94 | 0,47 | 2,42 |
| 1,36 | 1,05 | 0,53 | 2,41 |
| 1,26 | 1,15 | 0,58 | 2,41 |
| 1,20 | 1,19 | 0,60 | 2,39 |
| 1,07 | 1,31 | 0,66 | 2,38 |
| 0,99 | 1,37 | 0,69 | 2,36 |
| 0,71 | 1,61 | 0,81 | 2,32 |
| 0,47 | 1,83 | 0,92 | 2,30 |
| 0,19 | 2,07 | 1,04 | 2,26 |
Расчет по МНК характеристик аккумулятора приводит к следующим значениям
\[\begin{aligned} & \varepsilon=(2{,}59 \pm 0{,}01) \text{ В} \\ & r=(0{,}37 \pm 0{,}02) \text{ Ом} \end{aligned}\tag{3}\]
1.6 Результат прямого измерения ЭДС \(-2{,}57\) В.
Часть 2. Последовательное соединение батареек.
2.1 Почти очевидно, что суммарные ЭДС и внутреннее сопротивление последовательно соединенных источников равны сумма соответствующих величин отдельных элементов
\[\begin{aligned} & \varepsilon=\varepsilon_{1}+\varepsilon_{2} \\ & r=r_{1}+r_{2} \end{aligned}\tag{4}\]
2.2 Аналогичные измерения для последовательно соединенных плоской батареи и аккумулятора приводят к следующим характеристикам
\[\begin{aligned} & \varepsilon=(6{,}35 \pm 0{,}15) \text{ В} \\ & r=(1{,}77 \pm 0{,}19) \text{ Ом} \end{aligned}\tag{5}\]
Эти результаты подтверждают (в пределах погрешности) справедливость приведенных формул (4). График нагрузочной характеристики составной батареи приведен на рис. 3. Обратите внимание на больший разброс данных и большую погрешность результатов.
Часть 3. Параллельное соединение батареек.
3.1 Приведенная формулы следует из корректного использования правил Кирхгофа.
3.2 Результаты измерений зависимости ЭДС параллельно соединенной батареи от сопротивления переменного резистора приведены в Таблице 3. Отметим, что при измерении сопротивления резистора его следует отключать от источника.
В последней столбце таблицы приведены теоретические значения ЭДС, рассчитанные по формуле.
\[\varepsilon = \frac { \varepsilon _ { 1 } ( R _ { 0 } + r _ { 2 } ) + \varepsilon _ { 2 } ( R _ { x } + r _ { 1 } ) } { R _ { 0 } + r _ { 2 } + R _ { x } + r _ { 1 } }\]
Таблица 3.
| \(U\) | \(Rx\) | \(\text{теория}\) |
| 2,98 | 0,4 | 2,88 |
| 3,13 | 0,9 | 3,02 |
| 3,30 | 2,3 | 3,29 |
| 3,43 | 2,4 | 3,30 |
| 3,53 | 3,2 | 3,40 |
| 3,59 | 3,7 | 3,45 |
| 3,62 | 4,3 | 3,51 |
| 3,68 | 4,9 | 3,55 |
| 3,72 | 5,8 | 3,61 |
| 3,77 | 6,5 | 3,65 |
| 3,80 | 7,3 | 3,69 |
| 3,84 | 7,9 | 3,71 |
| 3,86 | 8,5 | 3,74 |
| 3,89 | 9,7 | 3,78 |
| 3,91 | 10,2 | 3,79 |
Получено хорошее соответствие между теоретическими и экспериментальными данными. Что подтверждает тот факт, что «физика наука! Точная, но приближенная»
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
зад 2 Медицинские весы
Погрешности в данной работе рассчитывать не следует за исключением последнего пункта!}
Приборы и оборудование: два шприца объемом 10 мл, соединенные пластиковой трубкой; штатив с держателем, набор грузов 6х100 г; пластиковая бутылка с водой.
Часть 1. Делай раз, делай два...
Эта часть работы выполняется без штатива на столе и в руках! Перед каждой серией измерений сначала устанавливайте поршни в нужном начальном положении, а затем надевайте соединительную трубку!
1.1 Установите поршни в следующем начальном положении: в первом шприце (обратите внимание – шприцы пронумерованы!) установите начальный объем воздуха \(V_{10}\); во втором – поршень примыкает к стенке (\(V_{20} = 0\)). Медленно выдвигая поршень во втором шприце, измерьте зависимость объема воздуха в первом шприце от объема воздуха во втором \(V_1(V_2)\). После того как Вы выдвинули поршень на всю шкалу, проведите измерения в обратном направлении, продолжая измерять зависимость \(V_1(V_2)\).
Поршень второго шприца все время должен двигаться в одном направлении!}
Измерения проведите при двух значения начального объема \(V_{20} = 10\) мл и \(V_{20} = 8{,}0\) мл. Постройте графики полученных зависимостей.
1.2 Постройте график зависимости смещения поршня в первом шприце от разности давления воздуха в шприцах и атмосферного давления. Приведите формулы, по которым вы рассчитываете указанную разность давлений. Постройте графики полученных зависимостей. Дайте им качественное объяснение.
1.3 Используя полученные в п. 1.2 графики найдите силу трения поршня о стенки шприца.
При проведении измерений в первой серии Вы убедились, что поршень в первом шприце начинает двигаться не сразу после смещения поршня во втором. Проведите следующую серию измерений. Начальный объем воздуха в первом шприце устанавливайте \(V_{10} = 2{,}0\) мл. Начальный объем воздуха во втором шприце \(V_{20}\) изменяйте.
1.4 Медленно вдвигая поршень во втором шприце, определите объем воздуха во втором шприце \(V_2'\), при котором начинается движение поршня в первом шприце. Измерения проведите при различных значениях начального объема \(V_{20}\). Постройте график зависимости \(V_2'\) от \(V_{20}\).
1.5 Постройте график зависимости объема \(V_2'\), при котором начинается движение поршня в первом шприце, от разности давления воздуха в шприцах и атмосферного давления. Определите с помощью этого графика силу трения поршня о стенки шприца.
1.6 Укажите возможные причины расхождений с результатом, полученным в п. 1.3.
Часть 2. Думай сам!
Используя предоставленное оборудование, сконструируйте и исследуйте весы, работающие на воздухе!
Подсказки. Используйте оба шприца, закрепляйте их в штативе вертикально, подумайте, как можно легко компенсировать большое трение поршней о стенки шприцов. Стержне поршня одного из шприцов проделаны два отверстия, в которые можно вставить зубочистку, чтобы зафиксировать положение поршня. Обязательно проведите градуировку ваших весов, используя предоставленный вам набор грузов. Приведите полученные градуировочные графики.
Измерьте с помощью созданных вами весов массу выданной бутылки с водой (объем воды фиксирован, не изменяйте его!). Оцените погрешность ваших измерений этой массы.
▶ПодсказкаСкрыть
Воздух в шприцах сжимается изотермически, а поршень начинает двигаться, лишь когда разность давлений превысит силу трения, делённую на площадь поршня.
▶ОтветСкрыть
1.3) \(F_{\text{тр}}\approx6{,}4\) Н (при \(V_{20}=8\) мл — \(7{,}0\) Н); 1.5) \(F_{\text{тр}}\approx7{,}0\) Н.
▶РешениеСкрыть
Часть 1. Делай раз, делай два...
1. Результаты требуемых измерений приведены в Таблице 1.
Таблица 1
| Начальный объём 10мл | |||||||
| Прямое направление | Обратное направление | ||||||
| \(V_1\), мл | \(V_2\), мл | \(\Delta p/p\) | \(\Delta x \cdot 10^2\), м | \(V_1\), мл | \(V_2\), мл | \(\Delta p/p\) | \(\Delta x \cdot 10^2\), м |
| 10,0 | 0,0 | 0,000 | 0,00 | 3,0 | 12,0 | -0,313 | 3,57 |
| 10,0 | 0,5 | -0,043 | 0,00 | 3,0 | 11,5 | -0,290 | 3,57 |
| 10,0 | 1,0 | -0,083 | 0,00 | 3,0 | 11,0 | -0,267 | 3,57 |
| 10,0 | 1,5 | -0,120 | 0,00 | 3,0 | 10,5 | -0,241 | 3,57 |
| 10,0 | 2,0 | -0,154 | 0,00 | 3,0 | 10,0 | -0,214 | 3,57 |
| 10,0 | 2,5 | -0,185 | 0,00 | 3,0 | 9,5 | -0,185 | 3,57 |
| 10,0 | 3,0 | -0,214 | 0,00 | 3,0 | 9,0 | -0,154 | 3,57 |
| 10,0 | 3,5 | -0,241 | 0,00 | 3,0 | 8,5 | -0,120 | 3,57 |
| 10,0 | 4,0 | -0,267 | 0,00 | 3,0 | 8,0 | -0,083 | 3,57 |
| 10,0 | 4,5 | -0,290 | 0,00 | 3,0 | 7,5 | -0,043 | 3,57 |
| 10,0 | 5,0 | -0,313 | 0,00 | 3,0 | 7,0 | 0,000 | 3,57 |
| 10,0 | 5,5 | -0,333 | 0,00 | 3,0 | 6,5 | 0,048 | 3,57 |
| 9,5 | 6,0 | -0,333 | 0,26 | 3,0 | 6,0 | 0,100 | 3,57 |
| 9,5 | 6,5 | -0,353 | 0,26 | 3,0 | 5,5 | 0,158 | 3,57 |
| 9,5 | 7,0 | -0,371 | 0,26 | 3,0 | 5,0 | 0,222 | 3,57 |
| 9,5 | 7,5 | -0,389 | 0,26 | 3,0 | 4,5 | 0,294 | 3,57 |
| 9,5 | 8,0 | -0,405 | 0,26 | 3,5 | 4,0 | 0,294 | 3,32 |
| 9,0 | 8,5 | -0,405 | 0,51 | 4,0 | 3,5 | 0,294 | 3,06 |
| 6,5 | 9,0 | -0,333 | 1,79 | 4,5 | 3,0 | 0,294 | 2,81 |
| 5,5 | 9,5 | -0,313 | 2,30 | 5,0 | 2,5 | 0,294 | 2,55 |
| 5,5 | 10,0 | -0,333 | 2,30 | 5,5 | 2,0 | 0,294 | 2,30 |
| 5,0 | 10,5 | -0,333 | 2,55 | 6,0 | 1,5 | 0,294 | 2,04 |
| 4,5 | 11,0 | -0,333 | 2,81 | 6,5 | 1,0 | 0,294 | 1,79 |
| 4,0 | 11,5 | -0,333 | 3,06 | 7,0 | 0,5 | 0,294 | 1,53 |
| 3,0 | 12,0 | -0,313 | 3,57 | 7,0 | 0,0 | 0,375 | 1,53 |
По этим данным не сложно рассчитать разность давлений атмосферного и внутри поршня по формуле
\[P - P_A = \frac{P_A (V_0 + V')}{V_1 + V} - P_A.\tag{1}\]
Здесь - \(V'\) - внутренний объем соединительной трубки, который примерно равен 1 мл.
В таблице показаны результаты проведенных расчетов в столбцах \(\frac{\Delta P}{P_A}\).
На рисунке 1 показан график зависимости \(V_2(V_1)\).
А теперь построим график зависимости смещения поршня в первом шприце от разности давлений, действующих на него (рис. 2)
Рис. 2 На этом графике видно, смещения поршня происходят до тез пор, пока разность давлений превышает величину примерно равную \(0{,}32P_{\text{А}}\). Измерив площадь поршня и атмосферное давление можно найти силу трения, останавливающую поршень
\[F_{\text{тр}} = 0{,}32SP_{\text{А}} \approx 6{,}4\text{Н}.\tag{2}\]
Аналогичные результаты получаются и для начального объема \(8{,}0\) мл. Результаты этих измерений и их последующей обработки представлены в таблице 2 и на графиках 3,4.
Таблица 2.
| Начальный объём 8мл | |||||||
| Прямое направление | Обратное направление | ||||||
| \(V_1\), мл | \(V_2\), мл | \(\Delta p/p\) | \(\Delta x \cdot 10^2\), м | \(V_1\), мл | \(V_2\), мл | \(\Delta p/p\) | \(\Delta x \cdot 10^2\), м |
| 8,0 | 0,0 | 0,000 | 1,02 | 2,0 | 12,0 | -0,400 | 4,08 |
| 8,0 | 0,5 | -0,053 | 1,02 | 2,0 | 11,5 | -0,379 | 4,08 |
| 8,0 | 1,0 | -0,100 | 1,02 | 2,0 | 11,0 | -0,357 | 4,08 |
| 8,0 | 1,5 | -0,143 | 1,02 | 2,0 | 10,5 | -0,333 | 4,08 |
| 8,0 | 2,0 | -0,182 | 1,02 | 2,0 | 10,0 | -0,308 | 4,08 |
| 8,0 | 2,5 | -0,217 | 1,02 | 2,0 | 9,5 | -0,280 | 4,08 |
| 8,0 | 3,0 | -0,250 | 1,02 | 2,0 | 9,0 | -0,250 | 4,08 |
| 8,0 | 3,5 | -0,280 | 1,02 | 2,0 | 8,5 | -0,217 | 4,08 |
| 8,0 | 4,0 | -0,308 | 1,02 | 2,0 | 8,0 | -0,182 | 4,08 |
| 8,0 | 4,5 | -0,333 | 1,02 | 2,0 | 7,5 | -0,143 | 4,08 |
| 8,0 | 5,0 | -0,357 | 1,02 | 2,0 | 7,0 | -0,100 | 4,08 |
| 8,0 | 5,5 | -0,379 | 1,02 | 2,0 | 6,5 | -0,053 | 4,08 |
| 6,5 | 6,0 | -0,333 | 1,79 | 2,0 | 6,0 | 0,000 | 4,08 |
| 6,5 | 6,5 | -0,357 | 1,79 | 2,0 | 5,5 | 0,059 | 4,08 |
| 5,5 | 7,0 | -0,333 | 2,30 | 2,0 | 5,0 | 0,125 | 4,08 |
| 5,0 | 7,5 | -0,333 | 2,55 | 2,0 | 4,5 | 0,200 | 4,08 |
| 4,5 | 8,0 | -0,333 | 2,81 | 2,0 | 4,0 | 0,286 | 4,08 |
| 4,0 | 8,5 | -0,333 | 3,06 | 2,0 | 3,5 | 0,385 | 4,08 |
| 3,5 | 9,0 | -0,333 | 3,32 | 2,5 | 3,0 | 0,385 | 3,83 |
| 3,0 | 9,5 | -0,333 | 3,57 | 3,0 | 2,5 | 0,385 | 3,57 |
| 3,0 | 10,0 | -0,357 | 3,57 | 3,5 | 2,0 | 0,385 | 3,32 |
| 2,5 | 10,5 | -0,357 | 3,83 | 4,0 | 1,5 | 0,385 | 3,06 |
| 2,5 | 11,0 | -0,379 | 3,83 | 4,5 | 1,0 | 0,385 | 2,81 |
| 2,0 | 11,5 | -0,379 | 4,08 | 5,0 | 0,5 | 0,385 | 2,55 |
| 2,0 | 12,0 | -0,400 | 4,08 | 5,5 | 0,0 | 0,385 | 2,30 |
Рис. 4 В этом случае поршень останавливается при средней разности давлений примерно равной \(0{,}36P_{\text{А}}\). Рассчитанное по этим данным значение силы трения равно \(7{,}0\) Н, что близко к полученному ранее значению.
1.6 Результаты измерений зависимости объема \(V_2\), при котором начинается смещение поршня, от начального объема \(V_{20}\) приведены в таблице 3. На графике приведен график полученной зависимости.
Таблица 3
| \(V_{10}\), мл | \(V_{20}\), мл | \(V_2\), мл | \(\Delta p/p\) |
| 2,0 | 12,0 | 8,0 | 0,364 |
| 2,0 | 11,5 | 7,5 | 0,381 |
| 2,0 | 11,0 | 7,0 | 0,400 |
| 2,0 | 10,5 | 7,0 | 0,350 |
| 2,0 | 10,0 | 6,5 | 0,368 |
| 2,0 | 9,5 | 6,0 | 0,389 |
| 2,0 | 9,0 | 5,5 | 0,412 |
| 2,0 | 8,5 | 5,5 | 0,353 |
| 2,0 | 8,0 | 5,0 | 0,375 |
| 2,0 | 7,5 | 4,5 | 0,400 |
| 2,0 | 7,0 | 4,5 | 0,333 |
| 2,0 | 6,5 | 4,0 | 0,357 |
| 2,0 | 6,0 | 4,0 | 0,286 |
| 2,0 | 5,5 | 3,5 | 0,308 |
| 2,0 | 5,0 | 3,0 | 0,333 |
| 2,0 | 4,5 | 2,5 | 0,364 |
| 2,0 | 4,0 | 2,0 | 0,400 |
| 2,0 | 3,5 | 2,0 | 0,300 |
| 2,0 | 3,0 | 1,5 | 0,333 |
«Извлечь» из данной зависимости силу трения можно различными способами. Например, построить зависимость разности давлений, при котором происходит смещение, от начального объема (рис. 5).
Как видно из графика рассчитанная разность давлений практически остается постоянной, со средним значением равным \(0{,}36P_{\text{А}}\). Рассчитанное по этим данным значение силы трения равно \(7{,}0\) Н, что совпадает к полученным ранее значениям.
Часть 2.
Основная идея – компенсировать значительную силу трения избыточным начальным давлением!}
Верхний шприц устанавливается в положении \(10\) мл, спичка просовывается в верхнее отверстие. Нижний шприц устанавливается на \(2\) мл. Шприцы соединяется трубкой.
После этого верхний шприц сжимается до упора в спичку. Измеряется \(V\) - показания нижнего шприца, и \(m\) - масса подвешенного груза.
Результаты измерений – в Таблице 4, градуировочный график, полученный усреднением по трем сериям измерений, приведен на рисунке. С его помощью можно проводить измерения масс грузов.
Таблица 4.
| m, г | V, мл | V, мл | V, мл | \(\langle V \rangle\), мл |
| 0 | 5,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 |
| 100 | 6,0 | 6,5 | 6,0 | 6,2 |
| 200 | 6,5 | 7,0 | 6,5 | 6,7 |
| 300 | 7,0 | 7,5 | 7,0 | 7,2 |
| 400 | 7,5 | 8,0 | 7,5 | 7,7 |
| 500 | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,5 |
| 600 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 |
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Источник: Республиканская физическая олимпиада Беларуси, 2015/16, заключительный этап, 10 класс, экспериментальный тур — условия · решения. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.