Методические указания по выполнению лабораторных работ по физике для студентов специальности 080110. 52 «Экономика и бухгалтерский учет» (стр. 2 из 4)
Поверхностное натяжение можно определить различными методами.
I. Метод отрыва капель.
Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести ее Р=mkg равна силе поверхностного натяжения, граница свободной поверхности - окружность шейки капли. Следовательно, F =mkg; l=πdш.k; σ= mkg /(πdш.k). Опыт показывает, что dш.k =0,9dб, где dб - диаметр канала узкого конца бюретки.
Оборудование. 1. Бюретка с краном. 2. Весы учебные с разновесом. 3. Сосуд с водой. 4. Сосуд для сбора капель. 5. Микрометр. 6. Набор игл.
Порядок выполнения работы.
1. Собрать установку и наполнить бюретку водой.
2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. 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 при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться, взять их среднее значение.
3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.
4. Подставить под бюретку сосуд, в котором была вода, и, плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).
5. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.
6.Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.
7.Результаты измерений и вычислений записать в табл.
8.Вычислить поверхностное натяжение по формуле σ= mg/nπ.0,9dб .
9. Опыт повторить 1-2 раза с другим количеством капель.
10. Найти среднее значение σср сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.
11. Определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений.
Методические рекомендации.
1. Для опыта рекомендуется использовать дистиллированную или хорошо прокипяченную воду.
2. В качестве сосуда с водой удобно взять мензурку, имеющую отлив.
3. Чтобы при падении капель вода в сосуде не разбрызгивалась, конец трубки расположите близко от сосуда.
4. При повторном измерении взять 150-170 капель в зависимости от диаметра узкого конца бюретки.
5. Для проведения опыта можно использовать воронку (или трубку) с пипеткой; стеклянный резервуар пипетки соединить с воронкой (трубкой) резиновой трубкой с зажимом.
II. Метод подъема воды или другой смачивающей жидкости в капиллярах.
Поднятие смачивающей жидкости в капиллярной трубке над уровнем жидкости в большом сосуде проиcходит в результате того, что поверхность жидкости стремится сократиться, поэтому на жидкость оказывается дополнительное давление ∆p=2σ/R, 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 ρShg =2σS/R, откуда h=2σ/(Rρg), где ρ- плотность жидкости.
Оборудование. 1. Стакан с водой. 2. Две капиллярные трубки различного сечения. 3. Набор игл. 4. Микрометр. 5. Масштабная линейка. 6. Лупа.
Порядок 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. Подобрать 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
σ = hRρg/ 2 = hdρg/ 4 .
5.Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.
6.Сравнить результаты с табличным значением поверхностного натяжения и определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений.
Методические рекомендации.
1.Капиллярные трубки пронумеровать.
2. Предварительно смочить внутреннюю поверхность капиллярной трубки исследуемой жидкостью, а затем провести опыт.
3. Высоту поднятия жидкости измерять по нижней части мениска в капилляре. Для удобства отсчета наблюдение производить через лупу.
4. Относительную погрешность определить по формуле
δ =
= 
+ 
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?
Лабораторная работа №4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА
Теория. Важнейшей характеристикой любого конденсатора является его электрическая емкость С - физическая величина, равная отношению заряда Q конденсатора к разности потенциалов U между его обкладками: С= Q/U. Выражается в СИ в фарадах (Ф). Емкость конденсатора можно определить опытным путем.
Оборудование. 1. Источник электрической энергии 6В. 2. Миллиамперметр. 3.Конденсаторы (3-4 шт.) известной емкости (1-6 мкФ). 4.Конденсатор неизвестной емкости. 5. Двухполюсный переключатель. 6. Соединительные провода.
Порядок выполнения работы.
1. Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1. В цепи установить один из конденсаторов известной емкости.
2. Конденсатор зарядить; для этого соединить его (переключателем) на короткое время с источником электрической энергии.
3. Сосредоточив внимание на миллиамперметре, быстро замкнуть конденсатор на измерительный прибор и определить число делений, соответствующее максимальному отключению стрелки.
4. Опыт повторить для более точного определения числа делений n и найти отношение найденного количества делений к емкости взятого конденсатора С:
n/C = k .
5. Опыт повторить 2-3 раза с другими конденсаторами известной емкости.
6. Результаты измерений, вычислений записать в табл. 1.
| Номер опыта | Емкость конденсаторов С, мкФ | Число делений по шкале миллиамперметра n | Отношение числа делений к емкости n/C = k . | Найденная емкость конденсатора Сх, мкФ | Относительная погрешность | Cтаб-Сх| δ = ------------ 100% Cтаб |
8. Опыт (п. 1-4) повторить с конденсатором неизвестной емкости Сх. Определить в этом случае число делений nх и найти емкость из соотношения Cх = nх/ k .
9. Узнать у преподавателя емкость исследуемого конденсатора и, приняв ее за табличное значение, определить относительную погрешность.
Контрольные вопросы.
1. Конденсатор в переводе - сгуститель. По какой причине прибору дано такое странное название?
2. В чем сущность указанного метода определения емкости конденсатора?
3. Объяснить, можно ли соотношение С= Q/U прочесть так: емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна напряжению между его обкладками?
4. Почему емкость конденсатора постоянна?
5. От чего и как зависит емкость простейшего конденсатора? Запишите формулу этой емкости.
Лабораторная работа №5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Теория. Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать и поддерживать на его концах разность потенциалов (напряжение). Для этого используют источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние (не электрического происхождения) силы.
При разомкнутой цепи энергия, затраченная в процессе работы сторонних сил, превращается в энергию источника тока. При замыкании электрической цепи запасенная в источнике тока энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней и внутренней частях цепи с сопротивлениями соответственно R и r.
Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока Е:
Е = IR+Ir ;
в СИ выражается в вольтах (В).
Электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока можно определить экспериментально.
Вариант I.
Оборудование. 1. Источник электрической энергии. 2. Амперметр. 3. Три резистора с сопротивлением 1 - 4 Ом. 4. Ключ. 5. Соединительные провода.