зад 1 «Звездный ящик»
Оборудование: «черный ящик» с тремя выводами; мультиметр в режиме вольтметра; мультиметр в режиме амперметра; соединительная колодка; отвертка; батарейка; два провода; резистор переменного сопротивления.
Внутри «черного ящика» находятся 3 элемента, соединенные «звездой» (рис. 11). Убедитесь в линейности этих элементов, построив для каждого элемента его вольт-амперную характеристику (не менее 10 точек). Определите параметр \(R_i = \Delta U_i/\Delta I_i\) для каждого из них. В состав одного из элементов включен источник постоянного тока. Определите номер этого элемента и ЭДС \(\mathcal{E}\) источника.
Примечание. Напряжение выданной батарейки должно превышать 1 В. Будьте предельно аккуратны с ящиками — не переворачивайте и не трясите их. В случае, если между любыми двумя выводами неподключенного «черного ящика» напряжение превышает 4 В, следует обязательно обратиться к дежурным для проверки ящика.
▶ПодсказкаСкрыть
Вольтметр без нагрузки сразу покажет, между какими выводами действует ЭДС. Чтобы снять характеристику одного элемента, пропускайте ток через пару выводов и измеряйте напряжение между выводом этого элемента и третьим, свободным выводом: через третий элемент ток не идёт, и он лишь «удлиняет» провод вольтметра до центра звезды.
зад 2 Ураган в трубе
Оборудование: вентилятор известной массы \(M\) и шарик для настольного тенниса известной массы \(m\) (массы указаны на вентиляторе и шарике соответственно); регулируемый источник постоянного тока; два мультиметра; две линейки; канцелярский зажим; штатив; соединительные провода и тонкая проволока; нитки; бумажная труба; ножницы и скотч (по требованию).
См. задачу 2 для 9 класса.
Поставьте вентилятор вплотную к одному из концов выданной вам бумажной трубы. Поток воздуха должен быть направлен внутрь трубы. Вблизи другого конца трубы на ее оси симметрии расположите теннисный шарик. Найдите силу \(F\), действующую на шарик, помещенный в поток воздуха, выходящий из трубы. Полагая \(F = Av^2\), определите коэффициент \(A\). Считайте, что скорость воздуха на выходе из трубы равна скорости воздуха, создаваемой вентилятором.
Задача 2 для 9 класса. Измерьте КПД \(\eta\) вентилятора. Исследуйте зависимость КПД от подаваемого на вентилятор напряжения \(U\). Представьте свои результаты в виде таблицы.
Примечание. Согласно второму закону Ньютона, если на тело действует постоянная сила \(F\), то изменение импульса тела \(\Delta p\) за время \(\Delta t\) равно импульсу силы: \(\Delta p = F\Delta t\).
Указание. Считайте, что при заданном напряжении \(U\) скорость \(v\) потока воздуха постоянна по всему сечению потока, идущего от лопастей, а в центральной части она равна нулю (рис. 10). Полезной мощностью вентилятора считайте кинетическую энергию, передаваемую воздуху за единицу времени. Плотность воздуха \(\rho = 1{,}29\) кг/м\(^3\).
▶ПодсказкаСкрыть
Скорость потока при данном напряжении найдите, как в задаче для 9 класса, по силе реакции струи на подвешенный вентилятор. Силу на шарик измерьте по отклонению шарика, подвешенного на нити, от вертикали; повторив опыт при разных напряжениях, проверьте зависимость \(F \propto v^2\).
Источник: Всероссийская олимпиада школьников по физике, 2008/09, заключительный этап, 10 класс, экспериментальный тур — условия. Задачи перенабраны на botay.pro, решения — по официальным.