Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«БИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СОЦИАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра общей физики и методики обучения физике

ИНСТРУКЦИЯ

к лабораторной работе №8

Давление твердых тел, жидкостей и газов

Бирск - 2008

Лабораторная работа № 8.

Давление твердых тел, жидкостей и газов

Инструкция по выполнению работы

Цель работы: Научиться разрабатывать экспериментальные установки, проводить опыты, демонстрирующие основные элементы знаний в теме.

Задание 1. Изучите по школьному учебнику тему «Давление твердых тел, жидкостей и газов» (7 класс). Повторите основные знания, которые должны быть усвоены учащимися в этой теме и выпишите в тетрадь формулировки элементов знаний, относящихся к системе демонстрационного эксперимента в этой теме (смотри задание 3).

Задание 2. Изучите по описаниям и инструкциям следующие приборы:

1. Прибор для демонстрации давления в жидкости;

2. Шар Паскаля

3. Ведерко Архимеда;

4. Манометр металлический демонстрационный;

5. Манометр открытый демонстрационный;

6. Насос воздушный ручной;

7. Насос Комовского;

8. Тарелка к вакуумному насосу;

9. Барометр-анероид

Задание 3. Разработайте принципиальные схемы и смонтируйте с помощью имеющихся приборов экспериментальные установки для следующих опытов:

1. Давление в жидкости.

2. Измерение давления в жидкости.

3. Закон Паскаля

4. Атмосферное давление.

5. Устройство и действие металлического манометра

6. Действие барометра-анероида

7. Архимедова сила.

Задание 4. Подготовьтесь к проведению экспериментов с собранными ЭУ по следующему плану:

1. Цель эксперимента;

2. Метод проведения эксперимента;

3. Проектирование и конструирование ЭУ (или описание готовой ЭУ);

4. План проведения эксперимента;

5. Анализ полученных результатов;

6. Вывод из опыта;

7. Эмпирический вывод;

8. Теория эксперимента.

Задание 5. Подготовьте письменный отчет по выполнению лабораторной работы, включив в него:

1. Название работы; Цель работы;

2. Результаты выполнения задания 1;

3. Результаты выполнения задания 2.

4. Описание экспериментов по указанному в задании 4 плану с рисунками ЭУ.

Описания приборов, используемых в теме

Шар Паскаля предназначен для демонстрации передачи давления, производимого на жидкость в закрытом сосуде, и для демонстрации подъема жидкости за поршнем под влиянием атмосферного давления.

Прибор состоит из стеклянного цилиндра, поршня со штоком, ручкой и полого пластикового шара с несколькими отверстиями.

Шар соединяется с цилиндром посредством резьбы и может быть легко отделен от него.

Принцип действия прибора основан на зависимости скорости истечения жидкости из отверстий от давления, под которым находится жидкость в сосуде.

Если в сосуде имеется несколько одинаковых отверстий, из которых вытекает жидкость с одной и той же скоростью, то можно сказать, что жидкость у этих отверстий находится под одним и тем же давлением.

После демонстрации следует удалить воду из поршня, отвинтить шар и просушить прибор.

Ведерко Архимеда служит для демонстрации явления выталкивания жидкостью погруженного в нее тела и измерения выталкивающей силы.

Прибор сверху снабжен дужкой для подвешивания к динамометру, а снизу – кольцом для подвешивания поршня.

Внутренние размеры ведерка соответствуют наружным размерам поршня. Поршень имеет в верхней части отверстие для подвешивания к ведерку с помощью проволочки. Внутри поршень наполнен смесью песка и алебастра таким образом, чтобы плотность его была сравнительно небольшой для получения хорошо заметных отклонений указателя динамометра при погружении поршня в воду.

Верхний конец пружины динамометра надевается на крючок скобы, а к нижнему концу подвешивается стержень с указателем в форме диска и с крючком внизу для подвешивания ведерка.

Пружина легко может быть снята и заменена более или менее упругой, что иногда бывает необходимо при использовании динамометра в других целях. В этих случаях пружину можно сделать самим.

Отсчет показаний производится по передвижному указателю, что находится на пластине, которая в свою очередь может передвигаться по скобе. На пластине имеются загибы для крепления бумаги, которая необходима в том случае, когда понадобится динамометр проградуировать.

После использования прибора поршень вынимают из ведерка и насухо протирают.

Прибор для демонстрации давления в жидкости предназначен для исследования давления внутри жидкости, при изучении закона Паскаля и позволяет продемонстрировать изменение давления с глубиной погружения и независимость давления на данной глубине от ориентации датчика.

Прибор состоит из датчика давления, представляющего собой коробочку, одна стенка которой выполнена из тонкой резиновой пленки. Датчик имеет патрубок для соединения полости с помощью эластичной трубки с открытым жидкостным манометром. Датчик установлен на стержне и с помощью другого стержня с крючком (или ременной передачи) может поворачиваться в любом направлении. На стержне имеется подвижный пружинный зажим для установки прибора на стенке сосуда.

Манометр металлический демонстрационный (рис. 9) предна­значен для изучения устройства и принципа действия металлического ма­нометра и для измерения давления больше атмосферного.

Предел измерения 6*10⁵ Па (6 атм.), цена деления шкалы прибора 5*10⁴ Па (0,5 атм.). Манометр укреплен на вертикальной стойке с треногой. Стрелку прибора можно снимать и устанавливать в любом месте шкалы. У манометра имеются два крана. Прибор весьма чувствителен к различным деформациям.

Манометр технический (рис. 10) предназначен для измерения давлений до 1,5*10⁵ Па. С помощью манометра можно измерять давление как выше, так и ниже атмосферного. Манометр устанавливают на стойке с треногой; он имеет два крана для присоединения к другим приборам.

Манометр открытый демонстрационный (рис. 11) предназначен для изучения принципа действия манометра и для измерения давления до 4000 Па (400 мм вод.. ст.).

U-образную трубку прибора крепят на стойке с подставкой. На шкале прибора (нуль посередине) нанесены сантиметровые деления. С обратной стороны шкалы (в верхней ее части) укреплен стек­лянный тройник, который с одной стороны соединен с манометром, с дру­гой - с установкой, а на средний отросток надета резиновая трубка с за­жимом, позволяющая сравнивать уровни жидкости в обоих коленах, не отключая приборы.

Насос воздушный ручной (рис. 12) дает возможность получить разрежение до 5*10³ Па {0,05 атм) и нагнетание до 4*10⁵ Па (4 атм). Прямой патрубок работает на разрежение, а боковой- на нагнетание. На патрубки надевают резиновый шланг.

Работа насоса осуществляется при возвратно-поступательном движе­нии поршня, с которым связана рукоятка.

Для более плотного прилегания к стенкам цилиндра поршень время от времени необходимо смазывать вазелином или тавотом.

Если колпачки, играющие роль клапанов, потеряют эластичность, то их можно изготовить из резиновой трубки диаметром 7 мм и длиной 2,5—3 см. Вдоль трубки прорезают щель бритвой, один конец трубки закрывают пробкой и плотно обвязывают нитью.

Вакуумный насос Комовского (рис. 13) позволяет получить раз­режение до нагнетание до 4*10⁵ Па. Насос смонтирован в корпусе, укре­пленном на подставке. Сбоку выведено маховое колесо с рукояткой, свер­ху имеются два ниппеля, на которые можно надевать толстостенный рези­новый шланг. Один ниппель нагнетательный, другой — разрежающий.

Для нормальной работы насоса необходимо вращать рукоятку со ско­ростью 120 -150 об/мин.

Тарелка к вакуумному насосу (рис. 14) служит для демонстрации опытов при пониженном атмосферном давлении.

Тарелка состоит из массивного чугунного диска с соединительным ка­налом, запирающимся краном и ртутным манометром. Сбоку диска смон­тированы два наружных зажима, соединенные с зажимами под колоколом. Вакуум создается под стеклянным колоколом. Между его пришлифован­ными бортами и диском проложен круг из тонкой резины, препятствующий проникновению воздуха под колокол.

Тарелка к вакуумному насосу вместе с насосом может быть использо­вана во многих опытах, иллюстрирующих свойства газов, паров и жидко­стей. Например, можно продемонстрировать кипение жидкости при пони­женном давлении, расширение резиновой камеры при пониженном давле­нии и пр.

Барометр-анероид (рис. 15) служит для демонстрационного дей­ствия металлического барометра и измерения нормального атмосферного давления. Для сверки барометра-анероида с ртутным в корпусе имеется небольшое отверстие, открывающее доступ к корректору.