Методические указания по проведению лабораторных работ по курсу «Физика» (для студентов и преподавателей) (стр. 4 из 13)
Рис.1
Броуновское движение наблюдается в более сложных формах в технике. Это - тепловые шумы в радиосхемах, вибрации легких деталей в измерительных приборах и т.п.
Осуществить наблюдение броуновского движения можно с помощью школьного микроскопа. Внешний вид микроскопа показан на рис.2
Рис.2
Он состоит из: окуляра-1, винта настройки-2, кронштейна-3, упорного винта-4, пружинного держателя-5, шарнира-6, основания-7, осветительного устройства-8, дисковой диафрагмы-9, предметного столика, микрообъектива-11, револьверной головки объективов-12, тубусодержателя-13.
Для работы установите"микроскоп на стол предметным столиком от себя. Для удобства наблюдения тубусодержатель можно наклонить. Установите предметное стекло с препаратами на предметный столик, прижав его пружинными держателями. Глядя в окуляр, при помощи винтов настройки медленно поднимайте или опускайте тубус микроскопа до тех пор, пока в поле зрения не появится изображение препарата. При фокусировке можно осторожно передвигать препарат, т.к., подвижное изображение гораздо легче заметить, чем неподвижное. Найдя изображение, еще более медленным вращением винтов добейтесь наиболее резкого изображения. Качество изображения в микроскопе в значительной степени зависит от освещения, поэтому настройка освещения является важной подготовительной операцией. Свет от источника (окно, лампа) должен с помощью зеркала направляться через диафрагму предметного столика на препарат. Предметный столик снабжен диском, поворотом которого можно менять диаметр отверстия диафрагмы. Наблюдая в окуляр, поворачивайте зеркало до тех пор, пока все поле зрения не окажется равномерно освещенным. Фокусировка может считаться законченной, когда будут максимально устранены недостатки изображения в виде полос, пятен, бликов. Ведя наблюдение, не закрывайте свободный глаз для предупреждения его утомления.
Порядок выполнения работы
1. Подготовить микроскоп для работы.
2. На предметное стекло нанести кисточкой 1-2 капли воды.
3. Коснутся несколько раз той же кисточкой поверхности краски (туши) и снова ввести кисточку в приготовленные капли.
4. Каплю окрашенной жидкости кисточкой перенести на другое предметное стекло и закрыть покровным стеклом.
5. Приготовленный препарат положить на предметный столик микроскопа. Зеркало микроскопа направить на источник света, чтобы получить хорошее освещение препарата.
6. Опустить объектив кремальерным винтом на расстояние ~ 0,5 покровного стекла.
7. Наблюдая в микроскоп, сфокусировать изображение микрометрическим винтом.
8. Сосредоточить внимание на какой-нибудь одной из наиболее легких броуновских частиц и, пронаблюдать за ее положением, сделать вывод о характере движения частицы.
9. Опыт повторить с водой более высокой температуры и с раствором молока. Сделать вывод.
10. Выполнить схематический чертёж наблюдаемого явления.
Контрольные вопросы
Вариант1
1. Что называют броуновским движением? Как объяснить это явление?
2. Почему, чем больше размер частиц, тем менее заметно их броуновское движение?
3. Почему с повышением температуры интенсивность броуновского возрастает?
4. Будет ли наблюдаться броуновское движение при температуре t=-273 C?
5. Можно ли наблюдать броуновское движение в условиях невесомости?
Вариант 2
1. Назовите причину возникновения броуновского движения
2. Одинакова ли интенсивность движения броуновских частиц одного размера, находящихся в жидкостях одной температуры, но разной плотности?
3. Какое положение МКТ доказывают броуновское движение?
4. Чем отличается броуновское движение от диффузии?
5. Чем похоже броуновское движение с диффузией?
Рекомендуемая литература
1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.28-41)
2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 94-105)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ПРОВЕРКА ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ОБЪЕМОМ, ДАВЛЕНИЕМ
И ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ ДАННОЙ МАССЫ ГАЗА.
Цель работы: опытным путем проверить справедливость уравнения состояния газа.
Оборудование:
1. Прибор для проверки уравнения состояния газа (укороченный манометр).
2. Стакан химический с горячей водой.
3. Термометр.
4. Барометр (общий для всех)
Теория
Состояние данной массы газа характеризуется тремя параметрами: объемом V, давлением Р и термодинамической температурой Т. В природе и технике, как правило, происходит изменение всех трех величин одновременно, но при этом соблюдается закономерность, выраженная уравнением состояния газа:
P1•V1/T1=P2•V2/T2=P•V/Т, при m = const.
Для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую температуру, есть величина постоянная. Проверить эту зависимость экспериментально можно, используя укороченный манометр (см. рис.1).
Рис. 1.
Прибор состоит из "V''- образной трубки, запаянной с одного конца. Стеклянная трубка наполнена маслом и закреплена на металлической пластинке с делениями, по которой определяется высота столбика газа Н, закрытого маслом, разность уровней масла h.
Порядок выполнения работы
Опыт 1
1. Измерить величину атмосферного давления по барометру Ратм.
2. Измерить температуру в комнате, она же первоначальная температура газа в закрытой трубке манометра Т1.
3. Зарисовать положение масла в манометре (обозначить - опыт 1), указать численное значение его уровней в обоих коленах трубки.
4. Измерить длину газового столбика H1 в закрытой трубке (см. рис.1.). Объем столбика газа численно равен его длине (V = Н (V) - в таблице 1).
5. Измерить величину разности уровня масла в коленах трубки манометра h1.
6. Рассчитать давление масла, создаваемое разностью его уровней по формуле:
Pм=ρмgh1
где ρм = 9,2*102 кг/м3, g = 10 м/с2.
7. Вычислить величину давления газа в закрытой трубке манометра по формуле: P1=Ратм±Рм, в зависимости от положения масла в коленах манометра (выбрать вариант по рисункам 1 и 2).
8. Сделать вычисления постоянной C1 = P1 • H1 / T1.
| Рис.1. P1=Ратм+Рм | Рис.2. P1=Ратм–Рм | |
| Возможные положения уровня масла в манометре | ||
Опыт 2
1. Поместить манометр в стакан с горячей водой.
2. Измерить температуру горячей воды Т2.
3. Сделать 2-ой рисунок положения уровней масла в манометре (обозначить - опыт2), новые измерения и вычисления для опыта 2 так же как в пунктах 4-7 опыта 1.
4. Сделать вычисления постоянной С2 = Р2 * Н2 / Т2.
5. Найти из опытов 1 и 2 среднее значение постоянной "С": Сср = (C1+C 2) / 2
6. Вычислить абсолютную погрешность измерений: ΔС = | Сср- C1|
7. Вычислить относительную погрешность измерений: δC=ΔC1 * 100% / Сср
8. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.
9. Все вычисления по опытам 1 и 2 подробно записать до таблицы 1.
Таблица 1.
| № опыта | Ратм (Па) | H (V) (м) | h (м) | Рм (Па) | Р (газа) (Па) | C (Па м/К) | ΔC (Па м/К) | δC (%) |
| 1 | ||||||||
| 2 |
Контрольные вопросы
Вариант 1
1. Почему в данной работе объем газа можно выражать в условных единицах?
2. Изменится ли данное число "С", если опыт проводить с другой массой газа?
3. Определить массу 20 л воздуха, находящегося при температуре 273К под давлением 30 атм.
4. В закрытом со всех сторон сосуде находится неидеальный газ, молекулы которого при ударах о стенки передают им часть кинетической энергии. Будет ли нагреваться сосуд, если он теплоизолирован от окружающей среды?
5. В баллоне находится газ при температуре 273 К и давлении 1,2·105 Па. Вследствие нагревания давление газа возросло до 1,8·105 Па. На сколько градусов нагрелся газ?
Вариант 2
1. Какие причины влияют на точность определения постоянной "С"?
2. Производит ли газ давление в состоянии невесомости?
3. Газ при давлении 126,6 кПа и температуре 300К занимает объем 0,60 м3. Найти объем газа при нормальных условиях.