Лабораторная работа 7

Тема Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Цель работы

• Научиться определять коэффициент поверхностного натяжение жидкости.

Краткие теоретические сведения

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают из­бытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жид­кости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа А:А = , где — коэффициент про­порциональности (выражается в Дж/м² или Н/м), называемый поверхностным натяжением:

Поверхностное натяжение можно определить различными пу­тями.

Вариант I. Метод от­рыва капель. Опыт мож­но осуществить с установкой, изображенной на рис. 1.

Силу поверхностного натя­жения определя­ют по весу капли в момент ее отрыва от конца трубки: F = m_k g;

где l= – диаметр шейки капли. Опыт показывает, что = 0,9d_б, где d_б—диа­метр канала узкого конца бю­ретки.

Оборудование: 1. Бюретка с краном или воронка с зажи­мом. 2. Весы учебные с разно­весом. 3. Сосуд с водой. 4. Со­суд для 'сбора капель при их регулировании. 5. Сосуд для сбора капель. 6. Микрометр. 7. Набор игл.

Технология выполнения работы

1. Собрать установку по рис. 1.

2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки (воронки). Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствую­щей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микро­метром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения мик­рометром повторить несколько раз, поворачивая иглу при этом на определенный угол. Если результаты измерении будут различаться, взять их среднее значение.

3. Вычислить диаметр шейки капли.

4. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

5. Подставить под капельницу сосуд и, плавно открывая кран (ослабляя зажим), добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1— 2 с).

6. Подставить пустой взвешенный сосуд под бюретку и отсчи­тать 50 капель.

7. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

8. Повторить опыт, собрав в сосуд 100 капель.

9. Вычислить поверхностное натяжение по формуле

Рис 1.

10. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.

11. Сравнить полученный результат с табличным значением по­верхностного натяжения с учетом температуры.

12. Определить относительную погрешность методом оценки ре­зультатов измерений.

Методические указания

1. Для опыта рекомендуется использо­вать дистиллированную или хорошо прокипяченную воду.

2. Чтобы при падении капель вода в сосуде не разбрызгива­лась, конец трубки расположите близко от сосуда.

Вариант II. Метод подъема воды или другой смачивающей жидкости в капиллярах.

Поднятие смачивающей жидкости в капиллярной трубке над уровнем жидкости в большом сосуде происходит в результате того, что поверхность жидкости стремится сократиться, поэтому па жид­кость оказывается дополнительное давление , где R — ра­диус капилляра. Смачивающая жидкость в капилляре поднимает­ся на такую высоту, при которой вес ее столбика над уровнем жид­кости в большом сосуде уравновесится силой дополнительного дав­ления: mg = pS, или pShg = 2 R_t откуда h = 2 , где р — плотность жидкости.

Оборудование: 1. Стакан с водой 2. Две капиллярные трубки различного сечения. 3. Набор игл. 4. Микрометр. 5. Масштабная ли­нейка. 6. Лупа.

Технология выполнения работы

1. Опустить в стакан с водой по­очередно каждую из двух капиллярных трубок.

2. Измерить высоту подъема воды в капиллярной трубке над поверхностью воды в стакане.

3. Подобрав иглу требуемой толщины, ввести ее в капилляр и отметить на ней место, до которого она вошла в капилляр.

Микро­метром измерить диаметр иглы в отмеченном месте.

4. Произвести вычисления поверхностного натяжения по формуле

5. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 2.

6. Сравнить результат с табличным значением поверхностного натяжения и определить относительную погрешность методом оцен­ки результатов измерений.

Таблица 2

Методические указания

1.Капиллярные трубки пронумеруйте.

2.Предварительно смочите внутреннюю поверхность капилляр­ной трубки исследуемой жидкостью, а затем проведите опыт.

3.Высоту подпития жидкости измеряйте по нижней части менис­ка в капилляре. Для удобства отсчета наблюдение производите че­рез лупу.

4.Относительную погрешность определите по формуле

5. Работу можно провести на занятиях физического кружка с целью исследования зависимости поверхностною натяжения от тем­пературы.

Контрольные вопросы:

1. Почему поверхностное натяжение за­висит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от «темпера­туры?

3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое коли­чество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой — с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяже­ния, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

* 6. Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться мед­ленного падения капель?

7. Объясните, в какой момент капля отрывается.

Индивидуальное задание:

Решите 2 задачи на данную тему из сборника задач и вопросов по физике Р.А.Гладковой или ответите на 5 вопросов по данной теме.

Лабораторная работа 8

Тема определение коэффициента линейного расширения твердого тела

цель работы

• Научиться определять коэффициент линейного расширения твердого тела

Краткие теоретические сведения

С изменением температуры тела его размеры изменяются. Изменение одного определенного размера твердого тела при изменениях температуры называется линейным расширением коэффициент линейного расширения, показывает на какую долю своей первоначальной длины при 0^о С изменяется длина тела при нагревании на 1 К или 1° С

(1)

где - приращение длины. Длина твердого тела при температуре t° С определяется его длиной 1_о при 0⁰ С, температурой и коэффициентом линейного расширения.

Чтобы по длине тела l₁ при температуре t₁ найти его длину 1₁ при температуре t₂ ,вообще говоря сначала нужно найти 1₀ с помощью (1) а затем по этой же формуле вычислить 1₂ . Однако, учитывая, что a - очень маленькое число, 1₂ можно найти по формуле: 1₂ = 1₁( ).

Из этой формулы получаем формулу для вычисления коэффициента линейного расширения твердого тела:

Коэффициент линейного расширения выражается в град^-1. Коэффициент линейного расширения можно найти опытным путем.

Оборудование:

1. Прибор для определения коэффициента линейного расширения твердого тела.

2. Стержни: стальной, стеклянный алюминиевый .

3. Штатив с пробирками.

4. Резиновая прокладка.

5. Индикатор.

6. Лабораторный термометр.

7. Измерительная линейка.

Технология выполнения работы

1. Пробирки на 1/2 объема наполнить водой комнатной температуры, опустив в каждую по испытуемому стержню, сферическим концом вниз и положить на штатив.

2. Проводом, сечением не менее 1 мм через винт заземления подключить прибор к контуру заземления.

3. Штепсельную вилку прибора вставить в электрическую розетку.

4. В поворотный кронштейн вставить индикатор и отвести его на четверть оборота в сторону до упора.

5. Лабораторным термометром замерить температуру воды в одной из пробирок (стержень при этом извлекается из прибора).

6. Пробирку с испытуемым стержнем через резиновую прокладку и отверстие в крышке прибора ввести нагреватель.

7. Оттянуть шток индикатора вверх, установить индикатор над пробиркой (повернуть кронштейн в прорези до упора ) и опустить шток в углубление на торце стержня. Кронштейн зафиксировать винтом.

8. Заметить положение стрелки на шкале индикатора ( для первого опыта стрелку лучше ставить на нулевую отметку ).

9. Только после этого можно включить питание прибора кнопочным выключателем. При этом загореться индикаторная лампочка,

10. После того как сделан опыт кнопочным выключателем отключить питание прибора.

11. Индикатор на поворотном кронштейне отвести в сторону до упора предварительно оттянув штук индикатора вверх.

12. Извлечь из прибора нагретую пробирку и поместить ее в штатив. При закипании образец принимает температуру равную температуре кипения воды. Увеличение длины образца определяется по отклонению стрелки индикатора от первого положения. Отсчет ведут с точностью до полделения шкалы индикатора, т. е. с точностью до 5 микрон.

№ п/п	Материал стержня	Начальная длина стержня, 1о, м	Температура, t, °С		Разность темпрат. t° C	Удлинение стержня, , м	Коффиц. линейного расширения, град,-1	Относительная погрешность, %
			начал.	конеч.
1.. 2. 3.	Алюминий Сталь Стекло

Индивидуальное задание:

Решите 2 задачи на данную тему из сборника задач и вопросов по физике Р.А.Гладковой или ответите на 5 вопросов по данной теме.

Лабораторная работа 9

Тема Изучение закона Ома для участка цепи

цель работы

• Научиться опытным путем проверять закон Ома для участка цепи без ЭДС

Краткие теоретические сведения

Закон Ома для участка цепи. Для того чтобы в проводнике все время протекал ток, необходимо поддерживать в нем постоянное электрическое поле.. Г.Ом экспериментально установил, что сила тока в металлических проводниках пропорциональна приложенному напряжению: i=GU. Коэффициент пропорциональности G называют электрическим сопротивлением. Электрические сопротивление - одна из важнейших характеристик электрических свойств проводника, определяющая упорядоченность перемещение носителей тока. Закон Ома для участка цепи гласит:

Сила тока в проводнике пропорциональна сопротивлению проводника:

Вольт-амперная характеристика. График, на котором изображена зависимость тока от приложенного напряжения, называются вольт-амперной характеристикой данного проводника и представляет собой зависимость от сопротивления R участка цепи: ctga= U/ I

При изменении приложенного напряжения U изменяется сила токаI, но отношение U/ I для данного проводника остаётся постоянным при данной температуре.

Оборудование: источник тока, набор сопротивлений, реостат, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

Ход работы

Собираем электрическую цепь, состоящую из регулируемого источника, сопротивления амперметра и ключа.

№	Сила тока I,A	Напряжение U,B	Сопротивление R,Ом
1
2
3

Изменим напряжение питания изменяют силу тока, проходящего через сопротивление, до номинального. Действия тока зависит от напряжения.

В установку вносится изменение: параллельно сопротивлению включают вольтметр.

Опыт повторяется. При изменении напряжения питания изменяется напряжение на сопротивлении и сила тока в цепи.

Сила тока в цепи зависит от напряжения.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Собирается установка по схеме. В цепь включают реостат сопротивлением 1 Ом. После включения источника питания фиксируются значение напряжения и сила тока в цепи. Затем сопротивление увеличивают да 2 Ом, 3 Ом и т.д. Значение напряжения не изменяется, а сила тока уменьшается. При одинаковом напряжении на концах проводника сила тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

В схему предыдущей установки вводится реостат для регулировании силы тока в цепи. После включения источника питания реостатом устанавливают определённую силу тока в цепи, например 1 А. Магазином сопротивлений изменяют сопротивления цепи. После каждого изменения сопротивления силу тока с помощью реостата доводят до выбранного значения (в нашем примере-1 А). Обращается внимание учащихся на изменения напряжения в зависимости от включения сопротивления.

При постоянной силе тока в цепи напряжения на концах проводника прямо пропорционально его сопротивлению.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Индивидуальное задание:

Решите 2 задачи на данную тему из сборника задач и вопросов по физике Р.А.Гладковой или ответите на 5 вопросов по данной теме.

Лабораторная работа 10

Тема Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника электрической энергии

цель работы

• Научиться определять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

Краткие теоретические сведения

Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы разность потенциалов (напряжение) на его концах была неизменной. Для этого, используется источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов па положи­тельные и отрицательные. Работу по разделению зарядов выполня­ют сторонние силы (не электрического происхождения).

Величина, измеряемая работой, совершенной сторонними сила­ми при перемещении единичного положительного электрического за­ряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС) , и выражается в вольтах.

Когда цепь замыкается, разделенные в источнике тока заряды образуют электрическое поле, которое перемещает заряды во внеш­ней цепи; внутри же источника тока заряды движутся навстречу по­лю под действием сторонних сил. Таким образом, энергия запа­сенная в источнике тока, расходуется на работу по перемещению за­ряда в цепи с внешним R и внутренним r сопротивлениями:

(1)

Экспериментально можно определить и r.

Оборудование: 1. Источник электрической энергии 2 Реостат на 6—10 Ом. 3. Амперметр. 4. Вольтметр. 5. Ключ. 6. Соединительные про­вода.

Технология выполнения работы

1. Оз­накомиться с измерительными прибора­ми и определить цену деления шкалы амперметра и вольтметра.

2. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

3. После проверки схемы препода­вателем замкнуть цепь и, пользуясь рео­статом, установить в цепи силу тока, со­ответствующую нескольким делениям шкалы амперметра. Снять показания амперметра и вольтметра, за­нести их в табл. 1. Цепь разомкнуть.

4. Вновь замкнуть цепь и, изменяя сопротивление цепи при по­мощи реостата, получить новые показания амперметра и вольтмет­ра. Результаты измерений занести в табл. 1. Цепь разомкнуть.

5. Вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока пользуясь соотношением (1).

6. Опыт повторяется еще 2–4 раза, вычислить и r для каждого случая.

7. Определить среднее значение ЭДС _ср и внутреннего со­противления r_ср источника электрической энергии. Измерить напря­жение на зажимах источника электрической энергии при разомкну­той внешней цепи. Сравнить показание вольтметра с ЭДС вычис­ленной по результатам опыта. Сделать вывод.

8. Определить относительную погрешность измерения

9. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 1.

Рис 1.