Задачи - опыты по физике (стр. 9 )

Условие задачи. Если вы приложите открытый конец пробирки к губам и будете дуть в пробирку, то она начнет издавать звук определенной высоты.

Как можно от длинной пробирки получить звук такой же высоты, какой возникает в короткой?

Если для решения задачи вам понадобится что-нибудь, не входящее в установку, попросите необходимое вам у учителя.

Дополнение. Является ли пробирка основным источником издаваемого звука?

Решение и пояснения

29. (9-й кл.) Налить столько воды в длинную пробирку, чтобы длина воздушного столба в ней стала равной длине столба воздуха в короткой пробирке.

Дополнение (дается вместе с задачей). Нет. Основным источником является сложный шипящий звук, возникающий в результате трения струи воздуха из вашего рта о край пробирки. Сама пробирка является только резонатором, усиливающим частоту сложного звука, которая соответствует собственной частоте колебаний заключенного в ней столба воздуха.

30. Звуковой резонанс.

Установка. Четыре камертона, из которых два имеют одну и ту же частоту колебаний. Два других имеют частоту колебаний, значительно отличающуюся от первой и отличную друг от друга. К ножкам трех камертонов, имеющих различную частоту колебаний, приклеены или привязаны маленькие бумажки, на которых указана собственная частота колебаний камертонов.

Условие задачи. На трех лежащих на столе камертонах обозначена частота их колебаний.

Каким способом можно найти частоту колебаний четвертого камертона?

Дополнение. С какими камертонами удобнее проводить опыт: с такими, какие даны в задаче, или с укрепленными на резонаторных ящиках?

Решение и пояснения

30. (9-й кл.) Методом резонанса. (Задача на повторение пройденного в курсе физики материала.)

Дополнение (дается вместе с задачей). С камертонами, укрепленными на резонаторных ящиках.

ТЕПЛОТА.

31. Тепловое расширение воздуха.

Установка. Колба, укрепленная в штативе дном вверх и закрытая пробкой, сквозь которую пропущена стеклянная трубочка, нижний конец которой опущен в стаканчик с водой. Нижняя часть трубочки заполнена водой (см. в решении).

Условие задачи. Как, не дотрагиваясь до выставленных приборов, понизить уровень воды в трубочке?

Дополнения. 1. Как повысить уровень воды в трубочке?

2. Как влияет объем колбы на повышение или понижение столбика воды в трубочке?

3. С какой жидкостью получится более значительное перемещение столбика воды в трубочке?

Решение и пояснения

31. (6-й кл.) Подвести к колбе руку, щеку или дохнуть на нее.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Любым приемом понизить температуру колбы, например, положив на нее полотенце, смоченное холодной водой.

2. Зависимость прямая.

3. С жидкостью, имеющей малый удельный вес.

Трубка заполняется водой следующим образом. Колба с трубочкой укрепляется в штативе так, как указано в установке задачи. Затем колба нагревается ладонями рук, и когда из конца трубочки выделилось 2–3 пузырька воздуха, руки снимают с колбы. Если после остывания колбы в трубочку вошло недостаточное количество воды, то еще раз нагревают колбу, пока вновь не выделится из нее некоторое количество воздуха.

32. Воздушный термометр.

Установка. См. описание установки в задаче 31. К стеклянной трубке прикреплен прямоугольный кусок бумаги с мелкими делениями.

Условие задачи. При повышении температуры столбик воды в трубочке опускается, а при понижении – подымается. Следовательно, выставленную перед вами установку можно использовать в качестве термометра даже более чувствительного, чем обычный.

В чем заключается главная причина, вследствие которой показания такого термометра совершенно не надежны?

Дополнения. 1. Какая еще причина, кроме главной, нарушает правильность показаний такого термометра?

2. С какими жидкостями подобный термометр будет несколько более надежным?

Решение и пояснения

32. (6-й кл.) Изменения атмосферного давления.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Испарение жидкости.

2. С жидкостями, слабо испаряющимися, например, с жидкими маслами.

33. Расширение и сжатие газа.

Установка. Стакан с водой. Стеклянная трубка (диаметр 1–1,5 см, длина 20 см), запаянная с одного конца и имеющая на другом оттянутый кончик с отверстием.

Условие задачи. Как перелить часть воды из стакана в трубочку?

Дополнения. 1. Влияет ли диаметр трубки на количество переходящей в нее воды?

2. Если в один прием не удастся получить в трубке достаточное количество воды, то как следует поступить, для того чтобы увеличить количество воды в трубке?

Решение и пояснения

33. (6-й кл.) Сильно натереть трубочку суконкой или другим соответствующим натирателем. Опустить ее оттянутый конец в воду и выждать, пока она остынет.

Дополнения (даются как задачи-вопросы на дом). 1. Чем больше диаметр трубки, тем больше (при одной и той же температуре) перейдет в нее воды.

2. Перевернуть трубку оттянутым концом вверх и затем, быстро перевернув, тотчас же опустить открытый конец ее в воду.

Поскольку в „Условии задачи" не ставится никаких ограничений, то нагревать трубочку, вообще говоря, можно любыми средствами, например, нагревая ее в кипятке или в пламени спички. Существенно только, чтобы ее температура не была слишком высока, так как при этом может треснуть стекло во время наполнения трубочки холодной водой. Удалить воду из трубочки можно встряхиванием, держа трубочку оттянутым концом вниз.

34. Конвекция воздуха и расширение твердого тела.

Установка. Прямой отрезок железной проволоки (диаметр 1 мм, длина 30–40 см), к концам которой прикреплены, две круглые жестяные пластинки (диаметр 6 см), каждая на трех нитках. Это примитивное коромысло весов устанавливается в равновесии на деревянной или пробочной призме, как показано на рис. 11. Для того чтобы коромысло не вращалось на ребре призмы, в горизонтальной плоскости для коромысла прорезается небольшая ложбинка. Две спиртовые лампочки.

Условие задачи. Как, не трогая коромысла этих примитивных весов, но действуя на его правую сторону пламенем спиртовой лампочки, добиться того, чтобы в одном случае правое плечо коромысла стало подыматься, а в другом – опускаться?

Дополнения. 1. Зависит ли поднимание и опускание плеч коромысла от материала, из которого сделано коромысло?

2. Зависит ли поднимание и опускание плеч коромысла от размера подвешенных к коромыслу жестяных пластинок?

Решение и пояснения

34. (6, 9-й кл.) В первом случае пламя подводится под жестяную пластинку. Во втором случае в пламя двух спиртовок вводится правое плечо рычага.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Чем больше температурный коэффициент расширения материала, тем значительнее второй эффект. Первый не зависит от материала, из которого сделан рычаг.

2. Первый эффект зависит, второй – нет.

Если задача дается для домашней работы, то в условии задачи следует говорить не о спиртовых лампочках, а о керосиновой лампе или свече.

35. Измерение разности температур.

Установка. Круглодонная колба (емкость 250–300 см3), закрытая резиновой пробкой с проходящей через нее стеклянной трубочкой с загнутым концом. Колба укреплена в штативе (рис. 12). Широкая банка с водой и возможно более узкий калиброванный стеклянный цилиндр. Маленький химический стакан с носиком. Кусок бумаги.

Условие задачи. Как с помощью выставленных предметов определить приблизительно, на сколько градусов температура ваших рук выше температуры воздуха в классе?

Дополнения. 1. Зависит ли точность результата от объема колбы?

Какой температуры должна быть вода в банке для более точных результатов измерений? Загнутый конец стеклянной трубки можно установить около дна банки и около поверхности жидкости. В каком случае получится более точный результат измерений?

Решение и пояснения

35. (9-й кл.) Калиброванный цилиндр наполняется с помощью стаканчика водой из банки и закрывается бумажкой, которую придерживают пальцами. Перевернув, его погружают в воду, налитую в банку так, чтобы в цилиндр не проник воздух. Бумажка снимается с отверстия цилиндра и в него вводится загнутый конец стеклянной трубки, соединенный с колбой. Тогда колба охватывается ладонями обеих рук. Колба нагревается до тех пор, пока из кончика загнутой трубки не перестанут выделяться пузырьки воздуха. Отсчитывается по делениям цилиндра объем воздуха V', выделившегося из колбы.

После этого, вынув из колбы пробку и сняв ее со штатива, измеряем ее объем. Для этого наливаем из банки с помощью стаканчика воду – сначала в калиброванный цилиндр, а затем из него переливаем в колбу. Проделывается это до тех пор, пока колба до основания шейки не наполнится водой. Этим приемом определяется ее объем, а следовательно, и объем воздуха V до нагревания.

Таким образом, объем нагретого воздуха равен V + V '. По известной формуле

V + V ' = V (1 + t)

находим разность температур между температурой рук t1 и температурой воздуха в классе t2 .

t = t1 – t2 .

Дополнения. 1. Лучший результат получится при такой колбе, поверхность которой можно полностью охватить руками. Меньшего и большего диаметра колбы дадут худшие результаты.

Температуры воздуха в классе. Во втором, так как выходу воздуха из трубочки будет меньше мешать давление воды.

36. Превращение тепловой энергии в механическую.

Установка. Две одинаковые колбы, закрытые пробками, сквозь которые пропущены два конца стеклянной толстостенной трубки, согнутой П-образно, как показано на рис.13. В колбы налито небольшое количество воды, в которую опущены концы трубки, которая заполнена водой. На середину стеклянной трубки надета пробка, к которой привязана тонкая двойная веревка (см. решение). Пробка передвигается так, чтобы трубочка установилась в горизонтальном положении. Кроме того, выставляется штатив с электрической лампочкой примерно на 100–200 вт, которая может быть включена в сеть, и кусок картона, длина которого несколько больше длины горизонтальной части стеклянной трубки, а ширина примерно равна диаметру колб.