Практикум по физике (стр. 3 )

Уберите аккуратно компьютер, стилус, блок питания, датчики и другое оборудование в соответствующие коробки. Перед тем, как уйти, продемонстрируйте порядок учителю. Проконтролируйте, чтобы он отметил ваши заслуги по выполнению работы в журнале.

, шк. 179 МИОО, апрель 2010

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

ОБОРУДОВАНИЕ:

компьютер NOVA-5000, датчик температуры, другие доступные датчики (например, силы, перемещения, расхода воздуха и пр.), принтер.

Материалы : "Необходимо знать при работах с компьютерами "NOVA", "О графиках и правильных масштабах", "О построении графиков с помощью программы "Multilab".

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

Научиться работать с компьютером NOVA и программой Multilab.

Приобрести основные навыки, требующиеся для дальнейшей работы с компьютером, почувствовать себя уверенно при работе с ним.

ВНИМАНИЕ!

Будьте осторожны с компьютером и датчиками. Это - не игрушки, а весьма дорогие вещи, за сохранность которых вы отвечаете.

Работа с компьютером обычно осуществляется через сенсорный экран при помощи стилуса. НЕЛЬЗЯ прикасаться к экрану авторучками, руками и другими неподходящими предметами! Рекомендуется также подключить к компьютеру мышь и клавиатуру.

Кроме того, через порт USB можно подключить принтер (годится не всякий) и выводить на печать полученные данные и графики.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

1. Установите компьютер в удобном безопасном месте, исключающем возможность падения его на пол, заливания водой, задевания за провода проходящими людьми и другие неприятности.

Обеспечьте порядок на столе и вокруг него. Уберите лишние вещи, оставьте нужные.

Подключите компьютер к блоку питания. (Разряженный компьютер должен заряжаться 4 часа без перебоев, в это время с ним можно работать.)

2. Включите компьютер длительным нажатием на черную кнопку.

После загрузки вы можете изучить рабочий стол и панель задач системы. Обратите внимание на иконку в правом нижнем углу экрана: нажатием на нее можно вызвать (и убрать) экранную клавиатуру.

3. Запустите ПУСК - ПРОГРАММЫ-НАУКА-MULTILAB

Откроется программа, которая позволит записывать, обрабатывать и распечатывать данные экспериментов.

Иконка с зелёным человечком в верхнем ряду иконок - это «кнопка» запуска эксперимента; во время опыта на её месте изображается красная рука - это остановка эксперимента.

"NOVA" имеет четыре гнезда для подключения датчиков. Датчики подключают, начиная с гнезда №1 (ближе к разъёму питания). Если сделать не так - датчик может не работать.

ВНИМАНИЕ!

Лаборатория имеет крайне неудачные разъёмы для подключения кабелей, связывающих компьютер с датчиками. Если применить даже небольшую силу, пытаясь вставить разъём в компьютер или в датчик в неправильном положении, штырьки погнутся и замкнутся друг с другом. Затем такой кабель сжигает порты всех компьютеров, в которые его впоследствии включают.

ПЕРЕД ВКЛЮЧЕНИЕМ ЛЮБОГО КАБЕЛЯ ИЛИ ДАТЧИКА В КОМПЬЮТЕР ПОСМОТРИТЕ И УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ШТЫРЬКИ РАЗЪЁМА НЕ ПОГНУТЫ И НЕ ЗАМКНУТЫ. ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО!

Если выявлен неисправный кабель, сообщите учителю и обязательно пометьте его (можно завязать узлами, можно приклеить бумажку с надписью).

Перед началом эксперимента откройте и изучите меню РЕГИСТРАТОР-НАСТРОЙКА – здесь можно увидеть, какие датчики определил компьютер, задать частоту замеров в эксперименте и их количество (а значит, и время записи, которое компьютер вычислит автоматически). Здесь же можно выбрать возможность измерять "непрерывно", в этом случае опыт закончится, когда вы нажмёте иконку остановки эксперимента.

4. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

4.1 Подключите к компьютеру датчик температуры.

Установите НАСТРОЙКИ - частота 10 замеров в секунду, число измерений 2000. (Легко посчитать время эксперимента, 200 секунд, через которое запись автоматически остановится, однако никто не мешает вам остановить опыт досрочно, нажав на иконку с красной рукой)

4.2 Запустите эксперимент. (Иконка с зелёным человечком.)

4.3 Используйте датчик температуры для измерения температуры своего тела, как обычный градусник. (Если это неудобно, просто зажмите и держите кончик датчика температуры между ладонями, но тогда вы получите не 36,6 градусов, а более низкую температуру.)

4.4 Наблюдайте, как выводится на экран график зависимости температуры от времени.

4.5 Сохраните полученный файл (научитесь делать это).

4.6 Попробуйте изменить масштаб графика по одной и по другой оси, двигая вдоль соответствующей оси.

4.7 Попробуйте выделить на графике фрагмент (используйте инструменты, иконки которых располагаются под графиком), выделенный фрагмент "растянется" на весь экран.

4.8 Масштаб иногда придётся задавать и "вручную", например, чтобы во время предстоящего опыта на экран сразу выводился "красивый", легко читаемый график. Для этого нужно зайти в "свойства графика", нажав на одну из иконок в нижнем ряду (два кружочка с черточками справа от них). Там имеются две вкладки: "Ось Х" и "Линии".

Для изменения масштаба по какой-либо оси нужна вкладка "Линии". Для выбранного параметра можно задать масштаб и цвет, которым он будет показан на графике. Таким образом, вы можете получить "красивую" и наглядную картинку.

Потренируйтесь делать это. Задайте перед опытом "удобный" диапазон температур, например, 32-37 градусов. Проведите измерение ещё раз, посмотрите, каким получится график.

Заметим, что во вкладке "Ось Х" можно изменить ось абсцисс: по умолчанию там стоит время, но можно выбрать и другой параметр. ( Например, есть опыт, в котором одновременно измеряют температуру и давление газа в сосуде. Чтобы построить график зависимости давления от температуры, а не от времени, надо выбрать параметр "температура" в качестве оси абсцисс. )

4.9 Задайте имя графику (меню ИНСТРУМЕНТЫ).

4.10 Подключите компьютер USB - кабелем к принтеру. ("Квадратный" разъём включите в компьютер", "плоский"- в принтер). Распечатайте полученный подписанный график температуры с правильным масштабом. Применяйте данные, описанные в материалах : "О графиках и правильных масштабах", "О построении графиков с помощью программы "Multilab". Если Вы ещё не знакомились с этими материалами, попросите их у учителя.

4.11 Попробуйте посмотреть полученные данные в виде таблицы (используйте иконки, которые располагаются в одном ряду с "зеленым человечком").

4.12 По графику оцените время установления теплового равновесия тела с датчиком.

Имеется в виду тот момент, когда разумно "вынимать" градусник, потому что дальнейшее "нагревание" его практически не изменяет результат. На графике, однако, таких тонкостей почти не видно. Поможет иконка под ним (линия с крестиком) – вывод курсора на график. После "нажатия" на иконку рядом с графиком появится стрелочка, также вы увидите значения координат, соответствующие точке, на которую показывает эта стрелочка. Стрелочку можно двигать стилусом вдоль графика.

Запишите (можно на листе с графиком) время, за которое установилось тепловое равновесие тела и датчика температуры. Объясните, почему вы решили, что время именно такое. Отметьте результат на графике. Обсудите результат с учителем.

4.13 Изучите, как работают другие иконки.

4.14 Используя меню ФАЙЛ - ОЧИСТИТЬ ВСЁ, освободите компьютер от данных проведенного эксперимента (это надо делать после обсуждения результатов с учителем).

В этой работе не нужен подробный отчёт - только распечатанный "красивый" график, ваша оценка времени установления теплового равновесия и заявление о том, что требующиеся действия у вас получились. Будьте готовы рассказать о том, как устанавливать различные частоты и продолжительность опыта, как масштабировать график, задавая минимум и максимум, "растягивать" его стилусом, делать на графике надписи, выбирать нужный фрагмент, считывать численные данные с графика, удалять файлы и сохранять их, распечатывать графики.

Покажите результаты учителю. Затем, если осталось время - выполните задание 6.

5. Закройте программу “Multilab” и выключите компьютер.

ВНИМАНИЕ! Если нажать кратковременно на чёрную кнопку, компьютер перейдет в ждущий режим, но не отключится, а батареи будут разряжаться. Чтобы выключить его, надо удерживать кнопку не отпуская более 4 секунд!

Уберите аккуратно стилус, компьютер, блок питания и датчики туда, откуда вы их брали.

7. Познакомьтесь с материалами : "Необходимо знать при работах с компьютерами "NOVA", "О графиках и правильных масштабах", "О построении графиков с помощью программы "Multilab".

6. ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ:

ЭТОТ РАЗДЕЛ МОЖЕТ ВЫПОЛНЯТЬСЯ В КАЧЕСТВЕ ОТДЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Цель – научиться работать с различными датчиками.

Отчётность - обсуждение с учителем проведенных вами измерений в свободной форме.

По согласованию с учителем вы можете вместо описанных опытов или в дополнение к ним сделать свои. Можно распечатать понравившиеся графики. Экономить бумагу тоже надо, поэтому явно ненужные вещи не печатайте.

6.1 ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА

Подключите датчик расхода воздуха (трубку обмотайте чистым платком или кусочком чистой бумаги) и дышите через него нормально в течение 50 секунд. Постройте график зависимости расхода воздуха от времени. Можно проинтергрировать график и получить зависимость объёма воздуха от времени. Можно только выдыхать через датчик, а вдыхать мимо него, затем, проинтергрировав график, определить выдыхаемый за минуту объём воздуха.

6.2 ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ.

Работа с датчиком расстояния требует обязательного подключения компьютера к блоку питания!

Датчик расстояния излучает ультразвуковые импульсы, они отражаются от препятствия и возвращаются обратно. По времени, которое "путешествовал" звук, рассчитывается расстояние.

Подключите датчик. Закрепите его в штативе на высоте 10 см. от поверхности стола, направьте вдоль стола. Расположите на расстоянии не менее 40 см. от него книгу (перпендикулярно столу). Запустите опыт. Отодвигайте книгу. Положите метровую линейку или рулетку на стол. Проверьте, правильно ли датчик измеряет расстояния.

6.3 ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ

Подключите к компьютеру датчик силы, подвесьте датчик на штативе. Проверьте, показывает ли датчик 0, если нагрузки нет. Подвешивая грузы известной массы (можно вешать их на крючок или в полиэтиленовом пакетике) проверьте, правильно ли датчик измеряет силу тяжести.

Укрепите груз на «мягкой» пружине, заставьте его качаться вверх-вниз, постройте график зависимости силы, регистрируемой датчиком, от времени.

Девятиклассникам будет интересно определить, как зависит сила трения от веса тела и от поверхности (стол, пол). Для этого рекомендуется прицепить картонную коробочку проволочкой к датчику, затем положить в эту коробочку грузы 1 кг, 2 кг, и т. д. и "возить" её датчиком по столу, по полу. Тянуть надо медленно, движение должно быть равномерным!

Не забудьте записать результаты и поделиться ими с учителем!

6.4 МОЖНО ПОПРАКТИКОВАТЬСЯ И С ДРУГИМИ ДАТЧИКАМИ

Описание различных датчиков, их пределов измерений и принципа работы есть в конце руководства к лаборатории "Архимед"

, шк. 179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 для 8 класса

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

ОБОРУДОВАНИЕ

Кипяток, калориметр, (при выполнении работы большим количеством учащихся желательно иметь на одном из столов металлический стакан с постоянно кипящей на плитке водой).

NOVA, датчик температуры (улучшенный), пробирка со стеариновой кислотой.

Для улучшения теплообмена внутрь пробирки необходимо поместить спутанную тонкую медную проволоку. Эта проволока должна быть "пушистой", равномерно заполнять приблизительно 2 сантиметра пробирки и находиться в расплавленном изучаемом веществе. Она имеет высокую теплопроводность и обеспечит быстрое установление одинаковой температуры внутри пробирки.

Подставка для пробирки или штатив с лапкой для закрепления пробирки.

Датчик температуры не должен касаться дна и стенок пробирки. Чтобы датчик хорошо держался в пробирке, рекомендуется надеть на него шайбу из пенополиуретана.

Закрепляя пробирку в штативе, обмотайте её полоской бумаги, не раздавите!

ЦЕЛИ РАБОТЫ

Построить график зависимости температуры охлаждаемого вещества от времени.

Изучить и объяснить полученную зависимость. Определить температуру кристаллизации.

Дополнительное задание - выполнить аналогичное исследование для процесса плавления.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Подготовьте компьютер, подключите датчик температуры. Установите частоту записи - одно измерение в секунду, продолжительность - непрерывно.

2. Поставите пробирку в стакан с кипятком, кристаллическое вещество через некоторое время расплавится.

Внутрь пробирки аккуратно поместите датчик температуры, добейтесь, чтобы датчик располагался по центру пробирки, не касался дна и стенок. Подождите 30 секунд, чтобы датчик пришел в тепловое равновесие с веществом. Важно нагреть пробирку не менее 85-90 градусов, иначе не увидим графика изменения температуры для остывания жидкости.

Внимание! Типичная ошибка - пока несли пробирку от учительского стола, пока включали установку, температура опустилась ниже 80 oC и опыт пришлось переделывать заново.

ОСТОРОЖНО! КИПЯТОК!

3. Поставьте пробирку на подставку или укрепите в штативе, включите запись результатов.

Опыт длится 15-20 минут. Если мало времени, допускается охлаждать пробирку в стакане с холодной водой, в этом случае время проведения опыта сократится до 3-4 минут, качество графика будет немного хуже.

4. Наблюдайте за пробиркой, Когда начнется кристаллизация, на графике будет характерная "полочка". Посмотрите на пробирку - меняется ли в это время внешний вид вещества? Запишите результат.

5. При охлаждении до температуры околоградусов остановите опыт.

6. Позаботьтесь об удобных масштабах, подпишите график зависимости температуры от времени. Распечатайте график.

7. Объясните письменно (можно непосредственно на графике), что и в какой момент происходило.

На графике должна быть видна "полочка". Пробирка была горячей (следовательно, отдавала тепло), а температура вещества не изменялась. Почему? Что происходило в это время?

8. Укажите на графике и запишите температуру кристаллизации.

9 Если вы не делаете дополнительного задания, датчик температуры можно будет осторожно вынуть, держа его за металлический корпус.

НИКОГДА НЕ ТЯНИТЕ ДАТЧИК ЗА ПРОВОД!

Протрите датчик салфеткой.

10 ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Аналогичным способом изучите, что происходит при нагревании жидкости. Для этого погрузите пробирку с установленным в ней термометром в калориметр с крутым кипятком чтобы вещество расплавилось, Рекомендуется закрыть калориметр листом картона, бумаги.

Сравните температуру плавления и кристаллизации вещества.

Подпишите и распечатайте график процесса кристаллизации.

, шк. 179 МИОО, Москва, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 ПРОБНАЯ

ИЗУЧЕНИЕ НАСОСА

ОБОРУДОВАНИЕ

Насос, изготовленный из шприца на 10-50 мл с резиновым поршнем, трубок, клапанов, пропускающих газ только в одном направлении, жесткая ёмкость, подключенная к насосу (объём ее должен в несколько раз превышать объём шприца), датчик давления, NOVA-5000.

Для стеклянной бутылки необходим плотный тканевый мешок, обеспечивающий безопасность.

Насос можно собрать в двух вариантах - для накачивания воздуха в бутылочку и для откачивания.

ОСТОРОЖНО!

СТЕКЛЯННАЯ БУТЫЛКА ВЗРЫВООПАСНА ПОД ДАВЛЕНИЕМ, ПОМЕСТИТЕ ЕЁ В ТРЯПОЧНЫЙ МЕШОК!

Внимание! Много трудностей в этой работе может вызвать утечка в соединениях трубочек. Следите, чтобы шланги были надеты плотно. Можно обмотать места стыковки проволокой. Можно пользоваться резиновым клеем для герметизации соединений. Клапаны от аквариума обязательно смочите водой перед началом работы, чтобы не было утечки.

Соберите установку, подключите к сосуду датчик давления, установите частоту замеров -10 в секунду, количество- непрерывно.

ЗАМЕЧАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАШЕЙ ШКОЛЕ:

Датчики давления лаборатории "Архимед" работают со значительными ошибками. Если они до сих пор не исправлены (спросите учителя), необходимо пересчитать данные по формуле P = 1,21*Pдатч - 22,6 (Здесь Рдатч - измеренное давление, Р - верное). При помощи этой функции можно скорректировать данные непосредственно в программе Multilab. (Следует отметить, что через мастер анализа выполнить это простое линейное преобразование на наших NOVA-5000 не получалось!) В этой работе без корректировки данных ошибки будут значительными, особенно при откачивании воздуха. (График можно вывести и без корректировки, а при решении задачи данные надо скорректировать.)

ЦЕЛИ РАБОТЫ: Часть 1

1. Исследуйте динамику установления давления при накачивании воздуха в бутылку.

При этом делайте достаточные паузы после каждого качания, график должен показывать, что в этот момент давление установилось и неизменно (или, наоборот, есть утечка)

Если давление "не держится", найдите и устраните причину утечек (если "текут" места прикрепления трубок, обмотайте их медной проволокой) Проверить, есть ли утечка, можно, поместив соответствующее место в воду. (Не намочите датчик!)

Узнайте максимальное давление, которое можно создать в бутылке данным насосом.

Получите "красивый", "интересный" график и распечатайте его.

2. Задание для 10 класса :

Решите задачу. В бутылку объёмом … накачивают воздух насосом объёма…

Какое давление установится после … качаний? Выберите данные самостоятельно (для того участка опыта, где точно нет утечки). Проведите расчёты, сравните полученные данные с результатами опыта.

Запишите вывод.

Часть II

Выполните аналогичные действия, откачивая воздух из бутылки.

Представьте график зависимости давления от времени для откачивания воздуха. Запишите выводы.

Задача расчёта давления с откачиванием сложнее, спросите учителя, надо ли вам делать её.

, шк. 179 МИОО, Москва, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОХОРНОГО ПРОЦЕССА

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

- знание темы "Газовые законы и изопроцессы".

ОБОРУДОВАНИЕ:

- NOVA, датчик давления, датчик температуры, (желательны усовершенствованные датчики), – холодная вода, а лучше - ледяная вода. (В холодную погоду поставьте ёмкость с водой на мороз заранее или принесите снега с улицы, чтобы начать опыт с нулевой температуры),

- электрический чайник,

- рукавица, бумажное полотенце,

- штатив с лапками, проволока тонкая,

- сухой герметичный сосуд, подключаемый к датчику давления

(медный баллончик с уже припаянной тонкой трубкой, снятый со старого холодильника (Со второго, широкого конца надо удалить содержащиеся внутри мелкие шарики и герметично закрыть отверстие, например, нарезать резьбу и завернуть винт с прокладкой).

Также можно взять баллончик от сифона и впаять в него медную трубку.

В худшем случае это может быть стеклянная колба с узким горлышком (чтобы избыточное давление не выбило пробку), резиновая пробка для колбы, проколотая иглой от шприца и оборудованная переходником для подключения к датчику давления).

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

- Проверить выполнение закона Шарля (линейную зависимость давления от абсолютной температуры)

- Определить значение абсолютного нуля температуры.

ВНИМАНИЕ!

- Осторожно обращайтесь с горячим чайником! Не оставляйте чайник с кипятком без присмотра, если кипяток не нужен – сразу вылейте его. Выливая кипяток в керамическую раковину, лейте медленно, при этом откройте кран с водой, иначе раковина может треснуть.

- Чайник работает от сети 220В! Не трогайте провода, имейте сухие руки, не ставьте чайник в раковину и на мокрые поверхности.

- Если используется стеклянная колба, пробку в неё вставляйте плотно, как бы завёртывая. При этом пользуйтесь рукавицей или тряпкой, чтобы не порезать руки, если горлышко колбы вдруг развалится!

ЗАМЕЧАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАШЕЙ ШКОЛЕ:

Датчики давления лаборатории "Архимед" работают со значительными ошибками. Если они до сих пор не исправлены (спросите учителя), необходимо пересчитать данные по формуле P = 1,21*Pдатч - 22,6 (Здесь Рдатч - измеренное давление, Р - верное). При помощи этой функции можно скорректировать данные непосредственно в программе Multilab. (Следует отметить, что через мастер анализа выполнить это простое линейное преобразование на наших NOVA-5000 не получалось!) В этой работе без корректировки данных ошибки измерения давления составят до 4%, если не получается легко их исправить, можно игнорировать их.

ПОДГОТОВКА:

- При выполнении ЛЮБЫХ работ необходимо проверять датчики (иначе работы не будут получаться!) Для этого можно подсоединить шприц объёмом 2-5 мл с резиновым поршнем, сильно, до упора, сжать воздух, подержать 10-20 секунд в таком состоянии, затем посмотреть, вернется ли поршень в первоначальное положение (можно чуть "помогать" ему). Если поршень получил новое "устойчивое" положение - была утечка. (Давление при этом должно достигать 3-6 атмосфер.) Также можно запустить регистрацию данных, создать давление около 400 кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 10-20 секунд. Небольшое падение давления в начальную секунду вызвано охлаждением газа после его сжатия и является нормальным.)

- Убедитесь, что колба или баллончик внутри СУХИЕ, иначе к давлению воздуха добавится сильно изменяющееся с температурой давление паров воды.

- Подключите датчики давления и температуры,

- Установите частоту 10 измерений в секунду, количество измерений - непрерывно.

- Налейте почти полный чайник холодной, а если есть возможность - ледяной воды. (Зимой не поленитесь сходить за снегом и добавить достаточное(!) количество снега в воду.) Чем больше изменение температуры в опыте, тем интереснее результаты.

- Колбу и датчик температуры поместите в электрический чайник.

- Обеспечите, чтобы датчик давления и нагреваемый сосуд НЕ висели на шланге. Пользуйтесь штативом.

- Добейтесь, чтобы датчик температуры внутри чайника был рядом с нагреваемой колбой. И, конечно, НЕ касался дна или нагревательного элемента чайника (важно!) Удобно прикрепить датчик проволочкой к колбе. Чувствительный элемент находится у конца трубки датчика.

- Если Вы пользуетесь стеклянной колбой, прикройте крышку чайника так, чтобы колба не всплывала. Убедитесь, что провода, пробка и шланг не попали в воду, в то же время колба должна быть почти полностью под водой.

- Перед включением установки ещё раз убедитесь, что на столе порядок, нет лишних предметов, никто не толкнёт горячий чайник и не запутается в ваших проводах, а на компьютер не попадёт вода.

Покажите установку и порядок на столе учителю. Будьте готовы ответить на вопросы о мерах безопасности при выполнении работы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО (не обязательно).

Желающие могут исследовать влияние скорости нагревания на результаты работы, почёт будет им за это. Для этого надо сделать опыт дважды - при нагревании, а затем (не выключая записи) – при охлаждении. (Тогда надо запастись терпением - чайник остывает почти час, подключить компьютер к блоку питания, установить частоту одно измерение в секунду). В результате на одном поле получится два графика, совпадение которых покажет нам отсутствие утечки и влияние возможного запаздывания установления температуры в колбе и в датчике температуры. В этом случае сначала всё же следует сделать простой вариант эксперимента (только для нагревания), а затем, приобретя нужный опыт, выполнить длительный опыт с нагреванием и последующим охлаждением.

ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА

- Запустите измерение, включите чайник. При закипании воды выключите чайник и остановите запись.

ВНИМАНИЕ! Не пропустите этот момент, а то вода начнет выплёскиваться.

ОСТОРОЖНО!

- Будьте весьма осторожны с кипятком. По окончании измерений сразу вылейте кипяток из чайника.

- Для стеклянной колбы: Всё горячее, а колба под давлением! Прежде чем вынуть колбу, отсоедините её от датчика давления.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

- Сохраните файл, присвойте ему имя, чтобы возможные сбои программы не уничтожили данные Вашего эксперимента.

- На экране получатся графики зависимостей температуры и давления от времени.

- Посмотрите, линейна ли зависимость температуры от времени. Вероятно, при низких температурах - почти линейна, а при более высоких температурах наклон графика уменьшается. Подумайте и напишите, почему это так.

- Получите на экране график зависимости давления от температуры.

Для этого используйте иконку внизу - "Свойства графика"- ЛИНИИ - для графика давления в качестве "оси x" надо указать температуру. Здесь же (если надо) выберите "вручную" хороший масштаб (так, чтобы график занимал почти полное поле).

- Получите уравнение аппроксимирующей прямой с помощью компьютера.

Инструменты - Анализ - Линейное приближение. Поставьте курсор на полученный график. Внизу вы увидите уравнение полученной прямой. ( Только оно в странном виде: f(x) = …x +… На самом деле f(x) - это P(t) , х - это t.)

Запишите это уравнение P(t) =….

- Распечатайте график P(t) и его линейное приближение в таком масштабе, чтобы графики занимали почти всё поле. Не забудьте подписать графики. Позаботьтесь о читаемых числах на осях. Линеен ли экспериментальный график? Выполняется ли закон Шарля? Можно и выводы напечатать на графиках.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ

- При помощи графика P(t) для изохорного процесса легко определить значение абсолютного нуля температуры. Оно соответствует той точке, где давление газа равно нулю. Аппроксимируем график прямой линией. Если сделать это "на глаз", будет плохая точность, т. к. имеющийся участок графика короткий. Поэтому воспользуемся уравнением линейного приближения P(t) =…. Рассчитаем t, при котором P(t) = 0. Это и есть значение абсолютного нуля.

Для графика зависимости давления от температуры выберите "вручную" соответствующий масштаб. (Давление - от нуля, температура – от получившегося "абсолютного нуля" в градусах Цельсия до 100 0С). Добейтесь правильной картинки на экране. Распечатайте график, приложите прозрачную линейку, нарисуйте аппроксимирующую прямую, укажите на графике значение абсолютного нуля (то самое, которое рассчитали по уравнению аппроксимирующей прямой.)

Запишите выводы по работе. Проанализируйте, полученные результаты. Возможно, что-то не полностью соответствует теории, постарайтесь объяснить, почему.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЭТОЙ РАБОТЫ:

- неосторожное обращение со стеклянными колбами и, особенно, стеклянными трубками предоставляет широкие возможности для травмирования рук;

- датчик температуры касается дна чайника (нагревательного элемента) и показывает завышенную температуру;

- не проверили датчик давления в начале опыта, а он даёт утечку.

- установка не герметична. Неплотные соединения, плохо закрыта пробка.

- колба не полностью погружена в воду - нет гарантии теплового равновесия датчика температуры и газа в колбе;

- датчик температуры и колба находятся в разных местах чайника, где температура воды разная;

- датчик висит на шланге, шланг портится, особенно при высоких температурах;

- вода выплескивается из чайника при кипении - это плохо и опасно;

- на столе беспорядок – лишние предметы вредны при работе с кипятком.

, шк.179 МИОО, 10 апреля 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРА АЦЕТОНА

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

Знание газовых законов, знание темы "Пар".

ОБОРУДОВАНИЕ: - Вариант А

Обычная прозрачная пластиковая бутылка объёмом 1 литр, герметично закрывающаяся пластиковой пробкой. В эту пробку вставлен переходничок от системы для переливания крови для подключения датчика давления (и тщательно приклеен, чтобы не было утечки), а также пропущена (и тоже герметично) игла от шприца для подключения шприца, через который в бутылку добавляется ацетон.

- Вариант Б (менее удобный)

прозрачная колба (а лучше и безопаснее – пластиковая бутылка) объёмом 0,4 - 1 литр, герметично закрывающаяся резиновой пробкой. Сквозь эту пробку пропущено две иглы от шприца – одна - для подключения датчика давления (через переходничок от системы для переливания крови), другая - для подключения шприца, через который в бутылку добавляется ацетон. Пробка должна плотно держаться и выдерживать избыточное давление в бутылке не менее 30кПа. В пробке не должно быть никаких лишних отверстий, в том числе от прокалывания иглами, чтобы не возникло утечки.

На дно бутылки (в то место, куда будет попадать ацетон из шприца) рекомендуется положить кусочек белой шероховатой бумаги, чтобы капелька ацетона испарялась быстрее, а также чтобы видеть, присутствует ли жидкость в бутылке или всё уже испарилось. (Это не обязательно, но работа " с бумагой" получается лучше и нагляднее. На результаты наличие бумаги не влияет.)

- шприц с пластиковым (не резиновым) поршнем на 1-2 мл с ацетоном (в опыте используем около 0,5-1 мл ацетона)

- NOVA, датчик давления, датчик температуры или термометр,

- справочник "Физические величины" (желательно),

- ацетон в герметично закрывающемся пузырьке.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

- наблюдение установления давления пара ацетона в бутылке при постоянной комнатной температуре.

- измерение давления насыщенного пара ацетона при комнатной температуре.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

ПОДГОТОВКА:

- Перед началом работы проверьте датчик давления. Иногда неплотно надет шланг, и есть утечка. Рекомендуется подсоединить к датчику сухой шприц на 2-10 мл. с резиновым поршнем, включить регистрацию данных, создать давление 2кПа, убедиться, что оно не падает со временем в течение 10-20 секунд.)

- Измерим температуру в комнате термометром или датчиком температуры.

Запишем температуру.

- Подключим к NOVA датчик давления.

ОСТОРОЖНО!

- Пары ацетона ядовиты и весьма пожароопасны. Категорически запрещается зажигать спички и зажигалки рядом с местом проведения опыта или там, где сушится бутылка.

- Бутылку с парами ацетона можно открывать и сушить только в вытяжном шкафу или вдали от людей в проветриваемом помещении. Спросите учителя, где. Также не надо отключать от бутылки датчики в кабинете - после опыта в бутылке избыточное давление, поэтому часть вонючих паров выйдет из бутылки.

- Соберём установку. Осторожно, но плотно подключим шланг датчика давления. Обеспечим, чтобы установка стояла удобно, датчик НЕ висел на своём шланге, ацетон попадал на вложенную в бутылку бумажку. Можно пользоваться штативом.

- В маленький шприц наберём около 0,5 мл ацетона (для бутылки 0,5 литра) и подсоединим шприц (ацетон до начала опыта не должен попадать внутрь бутылки – важно!) Запишите, сколько жидкости было в шприце - в конце опыта потребуется узнать, сколько ацетона испарилось в бутылке.

- В опыте давление будет повышаться от атмосферного до чуть большего. Если ничего не сделать, масштаб давления на графике "начнется" от нуля. Чтобы увидеть что-то интересное на графике, надо сразу отказаться от автоматического масштабирования и "вручную" задать масштаб, например, от 99 до 129 кПа. Выводим на экран, разумеется, график зависимости давления от времени.

- Установим частоту 10 замеров в секунду, время эксперимента – непрерывно.

ЭКСПЕРИМЕНТ:

Запустим эксперимент.

В ходе опыта не надо держать бутылку руками и нагревать или охлаждать её. Постоянная температура важна. Не надо открывать окно рядом с установкой во время опыта.

- Подождём 20-30 секунд, чтобы убедиться, что давление в бутылке постоянно. ("Постоянно"- значит, меняется мало по сравнению с изменениями давлений из-за испарения ацетона, с которыми мы будем иметь дело.) Возможно, за бутылку подержались рукой и она остывает - тогда давление будет понижаться.

Аккуратно (не нагревая бутылку руками и дыханием) капнем внутрь совсем немного (одну или несколько капель) ацетона. Для чистоты эксперимента можно каждый раз возвращать поршень шприца в исходное положение, чтобы не изменять объём, (хотя это почти не влияет на результат).

Наблюдаем график давления. Давление должно расти, пока весь ацетон не испарится. Это легко отследить по "мокрому" пятну на бумаге внутри бутылки. Когда давление перестанет расти, капнем ещё немного ацетона, затем ещё и ещё пока ацетон не "перестанет" испаряться, а давление не выйдет на "полочку". В этом случае устанавливается динамическое равновесие - число испарившихся за некоторое время молекул равно числу сконденсировавшихся. Установившееся избыточное давление - это давление насыщенного пара ацетона. (При этом на дне должна обязательно находиться лужица жидкости или бумага должна быть мокрой.)

Упрощенный вариант: Получим 2-3 явных полочки, и, когда иссякнет терпение, выльем в бутылочку весь ацетон из шприца.

Остановим запись результатов.

Сохраним полученный файл.

Унесём закрытую бутылку (НЕ ОТСОЕДИНЯЯ ОТ БУТЫЛКИ ДАТЧИК!) сушиться в проветриваемое место или в вытяжной шкаф, и только там её откроем. Не заставляйте себя и окружающих вдыхать вредные вонючие пары.

Если надо повторить опыт, хорошо высушите бутылку или возьмите другую.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

1. График давления.

Распечатаем график, (сделаем масштаб хорошим, единицы измерения - правильными, количество знаков - верным, подпишем график). Будем готовы объяснить, что, где и почему происходило.

2. Сравнение получившегося давления насыщенного пара с данными справочника.

Запишем давление насыщенного пара ацетона и температуру, при которой выполнен опыт.

Справочник "Физические величины" (таблица "давление насыщенных паров органических веществ") на стр. 268 предлагает таблицу давлений насыщенного пара ацетона при различных температурах. (Откройте справочник! Здесь таблица приведена для тех, у кого нет справочника!)