Лабораторные работы по физике(1-2 курсы)
план-конспект занятия

Министерство образования Красноярского края

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«КРАСНОЯРСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИКЕ (1-2 КУРСЫ)

СПЕЦИАЛЬНОСТИ

(ПРОФЕССИИ)  23.01.03  «Автомеханик»

Красноярск

2020 г.

   Программы среднего общего образования  по физике включает в себя проведение лабораторных работ. Лабораторные работы способствуют  приобретению обучающимися опыта разнообразной деятельности, опыта познания и самопознания; ключевых навыков (ключевых компетентностей), имеющих универсальное значение для различных видов деятельности, — навыков решения проблем, принятия решений, поиска, анализа и обработки информации, коммуникативных навыков, навыков измерений, сотрудничества, эффективного и безопасного использования различных технических устройств.

Лабораторная работа №1

Тема «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении» -2 ч

Цель работы: вычислить ускорение, с которым скатывается шарик по наклонному желобу.

Описание последовательности выполнения задания:

1. Повторите теоретический материал по теме практической работы.
2. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала.
3. Выполните задания.
4. Оформите лабораторную (практическую) работу в тетради.

Теоретические основы темы:

  Движение шарика, скатывающегося по желобу, приближенно можно считать равноускоренным описывающимся уравнением S= V0 * t +  * a * t2. При равноускоренном движении без начальной скорости (V0=0) модуль перемещения S= 0* t +  * a * t2 будет находиться по формуле S =   * a * t2. Выразим из данной формулы ускорение а: а = 2S/t2 (1) - это и будет наша рабочая формула. Из формулы видно чтобы найти, ускорение шарика нужно измерить пройденное шариком расстояние S  (его мы измерим измерительной лентой) и время движения t (его мы измерим секундомером), подставив данные в предыдущую формулу  вычислим  ускорение.

  Никакие измерения не делаются абсолютно точно. Они всегда производятся с некоторой погрешностью, связанной с несовершенством средств измерения и другими причинами. Чтобы повысить точность измерения, ставят опыт несколько раз, а затем вычисляют среднее значения измеряемых величин.

Оборудование: 1) измерительная лента; 2) секундомер; 3) желоб; 4) шарик; 5) штатив с муфтами и лапкой; 6) металлический цилиндр; 7) тетрадь для лабораторно - практических работ; 8) ручка; 9) чертежные принадлежности: карандаш, линейка, ластик; 10) калькулятор; 11) рабочая тетрадь с теоретическим материалом (конспекты лекций).

Техника безопасности: 

1) Во время лабораторной работы нужно быть предельно внимательным, дисциплинированным, осторожным.

2) Располагать приборы так чтобы, материалы, оборудование на рабочем месте содержалось в порядке, на столе не должно быть никаких посторонних предметов.

3) С металлическим шариком обращаться аккуратно.

4) Сильно не затягивать муфту штатива.

5) Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Порядок выполнения работы

Задание № 1

1. Укрепите желоб с помощью штатива в наклонном положении под небольшим углом к горизонту (рис. 1). У нижнего конца желоба положите в него металлический цилиндр.

Рис.1

2. Пустите шарик (одновременно включая секундомер) с верхнего конца желоба, измерьте время до столкновения шарика с цилиндром. Вычислите время движения шарика.

3. С помощью измерительной ленты определите длину перемещения s шарика (т. е. расстояние от начального положения шарика до его конечного положения). Не меняя наклона желоба (условия опыта должны оставаться неизменными), повторите 4 раза.

4. Результаты измерений занесите в таблицу.

5. Рассчитайте ускорение шарика по формуле (1) для каждого опыта, результаты занесите в таблицу.

6. Рассчитайте среднее значение ускорения по формуле:

аср = ;

7. Оцените погрешность измерений: определите абсолютную погрешность при каждом измерении

8. Определите среднее значение абсолютной погрешности по формуле:

аср = ;

9. Определите относительную погрешность по формуле:

10. Запишите результат вычислений в виде

а = асраср  при  .

Дополнительное задание

1. Сравните полученный вами результат со значением ускорения, рассчитанным по формуле:

a = g sin где   – угол наклона плоскости.

Сделайте вывод о причине возникновения ускорения шарика, скатывающегося по желобу.

2. Построите график зависимости перемещения от времени при равноускоренном движении.

Запишите уравнение перемещения в общем виде

Sх= V0х * t +  * aх * t2

При V0х = 0 получим Sх=  * aх * t2 так как аср = …= Sх=  * aср * t2

Составьте таблицу

Sx, м

        t, с

0

  Выберите масштаб для времени 3-и клетки 1с, для перемещения одна клетка. И найдите наши точки на координатной плоскости и соедините их плавной линией.

  Постройте график зависимости скорости от времени при равноускоренном движении.

  Запишите уравнение скорости в общем виде

Vх=V0х + ах * t, при V0 =0 получится  Vх= ах * t.

Так как аср = … м/с = Vх= аср * t.

Составьте таблицу

  Постройте график, выберите масштаб для времени 2-е клетки 1с, для перемещения две клетки 2м.

Vх, м/с

        t, с

0

Найдите наши точки на координатной плоскости и соедините их плавной линией.

Вывод:

Требования к содержанию и оформлению отчета

1. Наименование работы;

2. Краткое теоретическое обоснование;

3. Цель работы;

4. Оборудование;

5. Ход работы;

6. Выполнение заданий;

7. Подробный расчет;

8. Вывод;

9. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какое движение называется равноускоренным?

2. Какую физическую величину называют ускорением?

3. С какой величиной совпадает по направлению вектор ускорения?

4. Как направлен вектор ускорения в случае: а) убывания скорости; б) возрастания скорости?

5. Что принимается за единицу скорости и ускорения в Международной системе единиц (СИ)?

6. Запишите уравнение скорости при равноускоренном прямолинейном движении в векторном и скалярном виде.

7. Запишите формулу ускорения при равноускоренном прямолинейном движении в векторном и скалярном виде.

8. Запишите уравнение перемещения при равноускоренном прямолинейном движении в векторном и скалярном виде.

9. Как по графику определить равноускоренное прямолинейное движение?

10. При подходе к станции машинист электровоза выключил двигатели, после чего поезд стал двигаться равнозамедленно с ускорением 0,1 м/с2. Какое расстояние пройдет состав до остановки, если в момент отключения двигателей скорость поезда была 36 км/ч?

Литература

1.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.  Физика. Учебник

     для 10 класса   общеобразовательных учреждений. Москва «Просвещение» 2006 г.

Лабораторная работа №2

Тема «Измерение коэффициента трения скольжения» -2 ч

Цель работы: определить коэффициент трения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке

Описание последовательности выполнения задания:

5. Повторите теоретический материал по теме практической работы.
6. Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала.
7. Выполните задания.
8. Оформите лабораторную (практическую) работу в тетради.

Теоретические основы темы:

  Трение – физическое явление, сопровождающее всякое движение на Земле. При любом механическом движении тела соприкасаются либо друг с другом, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой. В результате соприкосновения возникает сила трения, которая препятствует движению. Трение может быть полезно, и тогда мы стремимся его увеличить. В случаях, когда трение вредно, принимаются меры для его уменьшения.

  Различают следующие виды трения: сухое; жидкое (вязкое).

  Сухое трение бывает трех видов: 1) трение покоя; 2) трение скольжения;

3) трение качения.

  Причины возникновения силы трения:

1) шероховатость поверхностей соприкасающихся тел (Рис. 1);

2) взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел (Рис. 2).

Рис. 1               Рис. 2

  Сухое трение − трение, возникающее при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Силы сухого трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.

  Закон, выражающий зависимость максимального значения модуля силы трения покоя от модуля силы нормальной реакции опоры впервые экспериментально установил французский военный инженер и учёный-физик Шарль Огюстен де Кулон. Согласно этому закону, максимальное значение модуля силы трения покоя прямо пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры

Fтр.макс = µN,  где Fтр.макс - модуль максимальной силы трения покоя, µ- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя.

  Сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную относительной скорости тел, и равна произведению коэффициента трения μ и силы нормального давления N:  Fтp = μN

  Рис. 3

  Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения. Коэффициент трения µ характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.     Используя формулу Fтр = μN, выразим μ: μ=Fтр/N. То есть для того чтобы определить коэффициент трения нужно определить прямыми измерениями две величины: 1) силу трения; 2) силу нормального давления.

 Рис. 4

  Измерить силу трения можно с помощью динамометра, который под действием внешней силы может перемещаться по горизонтально расположенной плоскости (линейке). С помощью динамометра измеряют силу, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно (Рис. 4).  При равномерном движении согласно первому закону Ньютона равнодействующая сил, действующих на тело рано нулю. Это означает, что сила трения скольжения уравновешивает силу упругости пружины динамометра и может быть измерена динамометром   Fтр = Fупр.

  С помощью того же динамометра можно найти вес бруска с грузом. Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. В соответствии с третьим законом Ньютона вес тела P равен по модулю силе нормального давления и направленной в противоположную сторону: 

Двигая динамометр, за который закреплен брусок, по поверхности линейки равномерно, измерим динамометром силу упругости, равную силе трения

Fтр = Fупр, так как v=const,  Fтр = μN, N = Р = Fтр = μР,     μ=Fтр/Р.

  Основным измерительным прибором в этой работе является динамометр. Динамометр имеет погрешность Δд =0,05 Н. Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (или колеблется), то погрешность измерения силы равна ΔF =  0,1 Н.

 Оборудование: 1) динамометр; 2) деревянный брусок; 3) деревянная линейка; 4) набор грузов известной массы; 5) тетрадь для лабораторно - практических работ; 6) ручка; 7) чертежные принадлежности: карандаш, линейка, ластик; 8) калькулятор; 9) рабочая тетрадь с теоретическим материалом (конспекты лекций).

Техника безопасности: 

1) Во время лабораторной работы нужно быть предельно внимательным, дисциплинированным, осторожным, точно выполнять указания учителя.

2) Располагать приборы так чтобы, материалы, оборудование на рабочем месте содержалось в порядке, на столе не должно быть никаких посторонних предметов. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

3) Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

4) При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов.

5) Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Порядок выполнения работы

Задание № 1

1. Подвесьте деревянный плоский брусок к динамометру и определите его вес вместе с одним из грузов (брусок + 1 груз). Запишите показания динамометра в таблицу.

2. Подвесьте к первому грузу, второй (брусок + 2 груза). Запишите значения веса тел  в таблицу.

3. Добавьте третий груз (брусок + 3 груза). Запишите значения веса тел в таблицу.

4. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

5. Прикрепив к бруску динамометр, равномерно тяните его вдоль горизонтально расположенной плоскости (линейки). Определите значение силы упругости, действующей на брусок. Запишите показания динамометра в таблицу, учитывая, что : Fупр = Fтр.

6. Увеличьте количество грузов на бруске до 2-х, измерьте силу упругости, занесите показания динамометра в таблицу.

7. Увеличивайте количество грузов на бруске до 3-х, измерьте силу упругости и занесите показания динамометра в таблицу.

8. По результатам измерений заполните таблицу:

9. Вычислите коэффициент трения по формуле:

     μ=Fтр/Р

а) Коэффициент трения в первом опыте    μ1==

б) Коэффициент трения во втором опыте  μ2==

в) Коэффициент трения в третьем опыте   μ3 ==

г) Среднее значение коэффициента трения μ ср =(μ1 + μ2+ μ3)/3 =

10. Рассчитайте относительную погрешность:

Так как μ=Fтр/Р

= Fтр +Р =  + .

Видно, что наибольшая относительная погрешность будет в опыте с наименьшим грузом, т.к. знаменатель меньше.

11. Рассчитаем абсолютную погрешность

 = μср * 

  Результат вычислений с учетом погрешности запишите в виде: μ= μср ± Δμ.

Задание № 2. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления (Fтр от N) и, пользуясь им, определите среднее значение коэффициента трения μср.

  По результатам опытов постройте график, в котором значение μ соответствует рассчитанному значению коэффициента трения скольжения.     Начертите оси координат Fтр и N, выберите удобный масштаб и нанесите полученные три экспериментальные точки.

        Fтр, Н

        0        N, Н

  Оцените (качественно), подтверждается ли на опыте, что сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления: находятся ли все экспериментальные точки вблизи одной прямой, проходящей через начало координат.

Дополнительное задание № 3. Изучить особенности силы трения.

  Проведите дополнительные эксперименты, доказывающие, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Составьте план экспериментальных действий и опишите полученные результаты.

Повторите опыты, перевернув брусок на другую грань.

Задание № 4. Сравнить результаты расчетов величин коэффициента трения скольжения, полученных при выполнении лабораторной работы различными способами.

   Положите брусок на горизонтально расположенную  пластиковую линейку. Повторите опыты. Заполните аналогичную таблицу. 

  Оцените (качественно), подтверждается ли на опыте, что коэффициент трения µ характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки.

  Запишите сделанный вами вывод.

Задание № 5.Используя данные графика, построенного по результатам измерения, определите значение μ как тангенс угла наклона прямой (графика) к оси абсцисс. μ = tg α .

  Для вычисления значения μ можно выбрать произвольную точку с удобными координатами, и вычислить значение коэффициента как соотношение: μ = Fтр/ N = .....

  Минимальное значение коэффициента трения скольжения можно рассчитать, если через экспериментально полученную точку и начало координат провести прямую линию, расположенную под наименьшим углом к горизонтали. Тогда μ min = tg α min =.....

  Оцените абсолютную погрешность измерения коэффициента трения скольжения.  = μ - μ min = ..... 

  Запишите окончательный результат в виде  μ ± Δμ =....

Вывод:

Требования к содержанию и оформлению отчета

1. Наименование работы;

2. Краткое теоретическое обоснование;

3. Цель работы;

4. Оборудование;

5. Ход работы;

6. Выполнение заданий;

7. Подробный расчет;

8. Вывод;

9. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называется силой трения?

2. Какова причина возникновения силы трения?

3. Какие существуют виды силы трения?

4. От чего зависит сила трения скольжения?

5. По какой формуле можно рассчитать силу трения скольжения?

6. Что такое коэффициент трения, от чего он зависит?

7. Что показывает коэффициент трения?

8. Запишите формулу для определения коэффициента трения

9. Как можно найти силу трения?

10. Какие величины измеряются при выполнении лабораторной работы? Как определялся коэффициент трения в работе?  

11. Почему при измерении силы трения необходимо придерживаться равномерного движения бруска?

12. Приведите примеры практического использования силы трения в технических системах автомобиля.

13. Предложите способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения.

Литература

1.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.  Физика. Учебник

     для 10 класса   общеобразовательных учреждений. Москва «Просвещение» 2006 г.

Лабораторная работа №3

Тема «Оценка при помощи необходимых измерений и расчетов массы воздуха в классной комнате» -2 ч

Цель: экспериментально определить массу воздуха в классном помещении

Описание последовательности выполнения задания:

1.Повторите теоретический материал по теме практической работы.

     2.Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала.

     3.Выполните задания.

     4.Оформите лабораторную (практическую) работу в тетради.

Теоретические основы темы:

Масса воздуха в помещении может быть определена с помощью

уравнения Менделеева-Клапейрона:   p ⋅V=  

Откуда получим: m =

где р - давление воздуха в Па, измеренное барометром;

- объем комнаты в м3, а, b, с - длина, высота, ширина комнаты в м;

М =0,029 кг/моль - средняя молярная масса воздуха;

R = 8,31 Дж/(моль К) - универсальная газовая постоянная;

Т = t + 273 - абсолютная температура воздуха, t - температура по шкале Цельсия, измеренная термометром.

Оборудование: 1) барометр; 2) термометр; 3) измерительная лента; 4) тетрадь для лабораторно - практических работ; 5) ручка; 6) чертежные принадлежности: карандаш, линейка, ластик; 7) калькулятор; 8) рабочая тетрадь с теоретическим материалом (конспекты лекций).

Техника безопасности: 

1) Во время лабораторной работы нужно быть предельно внимательным, дисциплинированным, осторожным, точно выполнять указания учителя.

2) Располагать приборы так чтобы, материалы, оборудование на рабочем месте содержалось в порядке, на столе не должно быть никаких посторонних предметов. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

3) Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

4) При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. 

5) Правильно определите цену деления прибора: барометра и термометра. 

6) Не создавайте лишний шум в классе, шум оказывает отрицательное воздействие на ваше здоровье.

7) Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Порядок выполнения работы

Задание № 1

1.Заполнить таблицу

2. При помощи барометра определите давление воздуха в классной комнате (нормальное атмосферное давление р=105 Па).

р =...... мм рт. ст.

Выразите давление р в Паскалях, воспользовавшись соотношением

1 мм рт. ст.=133Па.

р =...... Па. Занесите показания в таблицу.

3. Определите температуру воздуха в помещении при помощи термометра. Переведите температуру по шкале Цельсия в абсолютную температуру по шкале Кельвина (по формуле Т=t0C+273К).

t= ....0C и переведите в шкалу Кельвина      T= t+273,        T =... К

Занесите показания в таблицу.

4. Для определения объёма помещения, измерьте длину a, ширину b и высоту c кабинета. И вычислите объём по формуле: V = a·b·c , (м3).

а = ...,   b=...,   c= ....     Занесите показания в таблицу.

 5. По результатам измерений заполните таблицу

7. Вычислите объём по формуле: V = a·b·c , (м3).

V=a·b·c, где a, b, c-длина, ширина, высота классной комнаты.

V=...  м3. Занесите результат вычисления в таблицу.

8.  Вычислите массу по формуле m =  ,   m =...кг. Занесите результат вычисления в таблицу.

9. Определить число молекул воздуха в комнате и их концентрацию (N =NA, n == NA).

10. Определить массу воздуха, число молекул и их концентрацию при нормальных условиях: ро= 760 мм рт. ст., t0= 0°С или Т = 273К.

8. Сравнить полученные результаты и сделать вывод.

Вывод:

Дополнительное задание. Исследовательская деятельность студентов.

Задание № 2. Санитарно –гигиеническая оценка кабинета физики.

  Знание вопросов санитарных правил и норм необходимо для каждого

обучающегося, так как не соблюдение требований школьной гигиены может

вызвать различные заболевания.

Предмет исследования: кабинет физики

Задачи:

-сделать измерения, расчеты, поработать со справочной литературой,

сравнить полученные результаты с нормами СанПиНа.

-через исследовательскую деятельность сделать вывод – соответствует ли

нормам СанПиНа кабинет физики: площадь, объем, температура;

давление;

-площадь и кубатура на одного студента

Санитарно–гигиеническая оценка кабинета физики

Вывод: (о соответствии условий в кабинете физики санитарно –гигиеническим нормам, предъявляемым к учебным помещениям).

Вопрос: «Сколько человек может заниматься в кабинете физики по норме?» Ваши рекомендации по созданию комфортного микроклимата в учебных помещениях.

Задача: Выдыхаемый воздух содержит 18% кислорода  (на  3%  меньше,  чем вдыхаемый).  Рассчитайте, сколько кислорода потребляет ученик за урок, если в одну минуту он делает 18 дыхательных движений, поглощая каждый раз по 500 см3  воздуха?

Задание № 3. Определение эффективности вентиляции.

Задача 1:

-определить необходимый вентиляционный объем воздуха (Vвент, м3/л), т.е. объем свежего воздуха, который надо подавать в помещение на одного человека, чтобы содержание углекислого газа не превысило допустимого уровня (0,1%). Vвент.= ¾∙ К/(P - q), где К –количество СО2, выделяемое за 1 астрономический час, л/ч (ребенок при умственной работе выделяет столько литров СО2, сколько ему лет);  

  Например: Школьнику 11 лет, К=11; Р – предельно допустимое содержание СО2 в воздухе учебного помещения (0,1% или 1 л/м3); q –содержание СО2 в атмосферном воздухе (0,03% или 0,3 л/м3); ¾ часа –продолжительность урока. Пример нахождения Vвент. = ¾ ∙11/(1-0,3)=11,8

Задание: по образцу найдите свой Vвент

Задача 2:

-определить кратность обмена воздуха (D) – число, показывающее, сколько раз в течение 1 часа воздух помещения должен смениться наружным, чтобы содержимое СО2 не превысило допустимого уровня D= Vвент/ V, где V–объем воздуха на одного студента.

Сделать вывод: сколько раз мы должны проветривать кабинет в течение часа?

Требования к содержанию и оформлению отчета

1. Наименование работы;

2. Краткое теоретическое обоснование;

3. Цель работы;

4. Оборудование;

5. Ход работы;

6. Выполнение заданий;

7. Подробный расчет;

8. Вывод;

9. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Как изменится масса воздуха в классном помещении при повышении температуры?

2.Что такое давление газа? Чем оно обусловлено?

3. Какими приборами измеряют давление газа?

4. Что называется изопроцессом?

5. Какой физический смысл имеют молярная газовая постоянная и постоянная Больцмана?

6. Выведите уравнение Клапейрона-Менделеева из основного уравнения молекулярно-кинетической теории

Литература

1.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.  Физика. Учебник

     для 10 класса   общеобразовательных учреждений. Москва «Просвещение» 2006 г.

2.Нормы СанПиНа учебного кабинета.

Лабораторная работа № 4

Тема «Измерение влажности воздуха» -2 ч

Цель: научиться определять влажность воздуха

Описание последовательности выполнения задания:

1.Повторите теоретический материал по теме практической работы.

     2.Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала.

     3.Выполните задания.

     4.Оформите лабораторную (практическую) работу в тетради.

Теоретические основы темы: В воздухе практически всегда имеется некоторое количество водяного пара. Содержание водяного пара в воздухе называется влажностью. Она характеризуется рядом величин.

1.Абсолютная влажность воздуха. Она определяется плотностью водяного пара a, находящегося в атмосфере, или его парциальным давлением pп.

a = m/V.

2.Парциальное давление водяного пара. Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в атмосферное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара (рп). Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления — паскалях или в миллиметрах ртутного столба.

Парциальное давление рп можно рассчитать по уравнению Менделеева-Клайперона или по точке росы.

3.Относительная влажность воздуха. По парциальному давлению водяного пара еще нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды и потеря влаги живыми организмами.

Относительная влажность показывает, насколько водяной пар близок к насыщению при данной температуре.

       Относительной влажностью воздуха  называется отношение парциального давления pп водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара pн.п., при данной температуре, выраженное в процентах. 

Она определяется по формулам:

= * 100  ,          = * 100

      (Относительная влажность воздуха  показывает, сколько процентов составляет парциальное давление от давления насыщенного пара при данной температуре.)

4.Точка росы. Охлаждение пара при постоянном давлении рано или поздно превратит его в насыщенный пар. Температуру tp0C при которой водяной пар становится насыщенным, называют точкой росы.

  При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса.

  По точке росы можно определить парциальное давление водяного пара и относительную влажность воздуха. Значения рн.п, для разных температур даются в справочных таблицах. Таким образом, зная точку росы и температуру воздуха и взяв из таблиц значения рп и рн.п, можно определить φ.

Относительную влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов: психрометров и гигрометров.

Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остается сухим, и он показывает температуру воздуха. Резервуар другого, окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивнее идет испарение и тем более высокую температуру показывает термометр, окруженный полоской влажной ткани.

При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур этих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха.

Гигрометр - прибор для определения влажности воздуха. Работа простейшего гигрометра основана на том, что обезжиренный человеческий волос удлиняется при увеличении влажности воздуха.

Если такой волос обернуть вокруг легкого блока, прикрепив один конец его к металлической раме, а к другому подвесить груз, то при изменении длины волоса указатель (стрелка), прикрепленный к блоку, будет двигаться.

Проградуировав предварительно прибор, можно по нему непосредственно определять относительную влажность.

Волосной гигрометр применяют в тех случаях, когда в определении влажности воздуха не требуется большой точности. 

Оборудование: 1) барометр; 2) термометра; 3) психрометрическая таблица; 4) тетрадь для лабораторно - практических работ; 5) ручка; 6) чертежные принадлежности: карандаш, линейка, ластик; 7) калькулятор; 8) рабочая тетрадь с теоретическим материалом (конспекты лекций).

Техника безопасности: 

 1) Во время лабораторной работы нужно быть предельно внимательным, дисциплинированным, осторожным, точно выполнять указания учителя.

2) Располагать приборы так чтобы, материалы, оборудование на рабочем месте содержалось в порядке, на столе не должно быть никаких посторонних предметов. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

3) Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

4) При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. 

5) Правильно определите цену деления прибора: барометра и термометра. 

6) Не создавайте лишний шум в классе, шум оказывает отрицательное воздействие на ваше здоровье.

7) Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Порядок выполнения работы

Задание № 1

1.Определить температуру влажного термометра tвл °С

tвл = .... °С

2. Определить температуру воздуха сухого термометра tсух °С

tсух  = ...°С

3. Найти разность температурt = tсух °С – tвл °С и по психрометрической таблице определить относительную влажность воздуха .

  Внимательно посмотрите на психрометрическую таблицу. В первом вертикальном столбце найдите показания вашего сухого термометра, в первой горизонтальной строке найдите вашу разность показаний сухого и влажного термометров. То число, которое находится на пересечении столбца и строки и является значением влажности воздуха.

t =.........°С,       = ....... %.

4. Определить с помощью таблицы плотность насыщающего пара при данной температуре tсух °С:н.п =....Па.

5. Вычислить абсолютную влажность воздуха: а = ( –н.п)/100%

6. По таблице плотности насыщающего пара определить точку росы для данных условий н.п:  tр°=....0С

7. По результатам измерений заполните таблицу

Вывод:

Требования к содержанию и оформлению отчета

1. Наименование работы;

2. Краткое теоретическое обоснование;

3. Цель работы;

4. Оборудование;

5. Ход работы;

6. Выполнение заданий;

7. Подробный расчет;

8. Вывод;

9. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?

2. Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого»?

3. Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

4. Почему испаряясь, жидкость, понижает свою температуру?

5. При каких условиях термометры психрометра будут показывать одинаковую температуру?

6. Как повысить влажность воздуха в комнате?

7. Как объяснить образование росы и тумана?

8. Как с помощью психрометра определить относительную влажность воздуха?  

Литература

1.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.  Физика. Учебник

     для 10 класса   общеобразовательных учреждений. Москва «Просвещение» 2006 г.

Лабораторная работа №3

Тема «Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

» -2 ч

Цель: изучение явления поверхностного натяжения; экспериментальное определение коэффициента поверхностного натяжения воды методом отрыва капель. определить поверхностное натяжение воды и мыльного раствора методом отрыва капель.

Описание последовательности выполнения задания:

1.Повторите теоретический материал по теме практической работы.

     2.Ответьте на вопросы для закрепления теоретического материала.

     3.Выполните задания.

     4.Оформите лабораторную (практическую) работу в тетради.

Теоретические основы темы:

На каплю, висящую на конце узкой трубочки, действуют две силы: сила тяжести , направленная вертикально вниз, и сила поверхностного натяжения жидкости , распределенная вдоль границы жидкости с краем трубки и направленная по касательной к поверхности жидкости перпендикулярно этой границе. Сила поверхностного натяжения, действующая на небольшой участок границы длиной , равна , где σ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Условие равновесия капли на конце трубочки состоит в том, что векторная сумма сил, действующих на отдельные элементы границы, равна по модулю и противоположна по направлению силе тяжести. Величина  по мере увеличения массы капли остается неизменной, но в равновесии капля принимает такую форму, что угол наклона силы поверхностного натяжения к вертикали α удовлетворяет условию , где  – длина границы жидкости с трубочкой. С увеличением массы капли угол α уменьшается и, наконец, достигает нуля, а cosα = 1.

 При дальнейшем увеличении массы условие равновесия капли уже не может быть выполнено, и капля отрывается. Отсюда, принимая, что , где d – внутренний диаметр  трубочки, получаем:  или  (1).

Оборудование: 1) шприц (объемом 2,5 мл) для чистой  воды, шприц для мыльного раствора (объемом 5–10 мл); 2) стаканчик с чистой (кипяченой)  водой; 3) стаканчик с мыльным раствором; 4) штангенциркуль или микрометр; 5) остро отточенный карандаш; 4) тетрадь для лабораторно - практических работ; 5) ручка; 6) чертежные принадлежности: карандаш, линейка, ластик; 7) калькулятор; 8) рабочая тетрадь с теоретическим материалом (конспекты лекций).

Техника безопасности: 

 1) Во время лабораторной работы нужно быть предельно внимательным, дисциплинированным, осторожным, точно выполнять указания учителя.

2) Располагать приборы так чтобы, материалы, оборудование на рабочем месте содержалось в порядке, на столе не должно быть никаких посторонних предметов. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

3) Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

4) При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. 

5) Правильно определите цену деления прибора. 

6) Не создавайте лишний шум в классе, шум оказывает отрицательное воздействие на ваше здоровье.

7) Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Порядок выполнения работы

Задание № 1

Вывод:

Требования к содержанию и оформлению отчета

1. Наименование работы;

2. Краткое теоретическое обоснование;

3. Цель работы;

4. Оборудование;

5. Ход работы;

6. Выполнение заданий;

7. Подробный расчет;

8. Вывод;

9. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

Литература

1.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.  Физика. Учебник

     для 10 класса   общеобразовательных учреждений. Москва «Просвещение» 2006 г.

 Лабораторная работа № 3.

Определение поверхностного натяжения воды и мыльного раствора методом отрыва капель.

Цель работы: определить поверхностное натяжение воды и мыльного раствора методом отрыва капель.

Краткая теория.

На каплю, висящую на конце узкой трубочки, действуют две силы: сила тяжести , направленная вертикально вниз, и сила поверхностного натяжения жидкости , распределенная вдоль границы жидкости с краем трубки и направленная по касательной к поверхности жидкости перпендикулярно этой границе. Сила поверхностного натяжения, действующая на небольшой участок границы длиной , равна , где σ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Условие равновесия капли на конце трубочки состоит в том, что векторная сумма сил, действующих на отдельные элементы границы, равна по модулю и противоположна по направлению силе тяжести. Величина  по мере увеличения массы капли остается неизменной, но в равновесии капля принимает такую форму, что угол наклона силы поверхностного натяжения к вертикали α удовлетворяет условию , где  – длина границы жидкости с трубочкой. С увеличением массы капли угол α уменьшается и, наконец, достигает нуля, а cosα = 1 . При дальнейшем увеличении массы условие равновесия капли уже не может быть выполнено, и капля отрывается. Отсюда, принимая, что , где d – внутренний диаметр  трубочки, получаем:  или  (1).

Оборудование: шприц для чистой воды, шприц для мыльного раствора (объемом 5–10 мл), стаканчик с чистой водой, стаканчик с мыльным раствором, штангенциркуль или микрометр, остро отточенный карандаш.

Ход работы.

1.Измерить внутренний диаметр d наконечника шприца. Для измерения можно воспользоваться остро отточенным карандашом. Вдвинув карандаш в наконечник до упора, пометьте границу соприкосновения наконечника с карандашом. Диаметр карандаша на уровне этой границы можно принять за внутренний диаметр наконечника и измерить его с помощью штангенциркуля или микрометра.

2.Набрать в шприц 4–5 мл воды и, держа его вертикально и плавно нажимая на поршень, вылить 3–4 мл в стаканчик, считая капли. Измерение количества капель N провести не менее трех раз, затем по общей массе вытекшей воды общ m (пользуйтесь шкалой на шприце!) найти среднюю массу капли m и погрешность ее определения Δm. Результаты занести в таблицу:

3.Пользуясь формулой (1), рассчитать коэффициент поверхностного натяжения воды и абсолютную погрешность его определения .

4.Вычислить относительную погрешность измерений .

5.Аналогичным образом определить коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора (пользоваться отдельным шприцем и посудой!).

6.Сделать вывод и записать полученное значение коэффициента поверхностного натяжения с учетом погрешности.

Контрольные вопросы:

1.Что является основным источником погрешности измерений в методе отрыва капель?

2.Коэффициент поверхностного натяжения керосина 0,024 н/м. Больше или меньше масса капли керосина по сравнению с каплей воды, если капать из одной и той же пипетки?

3.Объясните подробно, почему маленькие капельки жидкости могут долго висеть не отрываясь.

4. Приведите свои примеры действия силы поверхностного натяжения.          1. Дайте все определения коэффициента поверхностного натяжения.               2. Получите формулу Лапласа для сферической поверхности радиуса R.         3. Чему равен коэффициент поверхностного натяжения в критической температуре?                                                                                                             4. Избыточное давление воздуха внутри мыльного пузыря радиуса r равно:     5. Решите задачи:

А). Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия d=2 мм. Оказалось, что n=40 капель имеют массу m=1,9 г. Каким по этим данным получится коэффициент поверхностного натяжения σ?

Б). В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на высоту 11 мм. Оценить плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхностного натяжения равен 22 мН/м. Угол смачивания принять равным 90°.

 В). В дне сосуда с ртутью имеется круглое отверстие диаметром 70 мкм. При какой максимальной высоте слоя ртути H она не будет вытекать через отверстие? Значения коэффициента поверхностного натяжения ртути взять в справочнике.

Г). Швейная игла имеет длину 3,5 см и массу 0,3 г. Будет ли игла лежать на поверхности воды, если ее положить аккуратно? Использовать значения коэффициента поверхностного натяжения, полученные в опыте.

Д). Какую работу А надо совершить, чтобы каплю жидкости объёмом V с поверхностным натяжением σ растянуть в пленку, толщина которой d мала по сравнению с радиусом капли?

Е). Соломинка длиной 8 см плавает на поверхности воды (σв=73* 10-3 Н/м). По одну сторону соломинки наливают мыльный раствор (σм=40*10-3 Н/м). В какую сторону начнет двигаться соломинка? Какова сила F её движущая?

Ход работы

1. Набрать в чистый стакан холодной воды и, поставив его в холодильник, максимально охладить воду (приблизительно до 10-12 ℃). Измерить температуру воды. 2. Подготовить небольшой чистый сосуд (чашечку, флакон и т.п.), в который будет прокапываться вода. Взвесить пустой сосуд. 3. Приготовить шприц для инъекций объемом 2 кубика (2см3 ). В шприц набрать ровно 2 кубика холодной воды. 4. Прокапайте всю воду из шприца в сосуд, точно сосчитав количество капель N1. Проделайте опыт при данной температуре 3 раза. Рассчитайте среднее число капель Nср. 5. Взвесить сосуд и определить массу прокапанной воды M. (Замечание для оценки: - при плотности воды 1г/см3 масса двух кубиков воды составит 2 грамма). Если точность весов хуже 0,01 г, то для определения массы воды при фиксированном объеме надо воспользоваться табличными значениями плотности воды от температуры (таблица 1). 6. Рассчитайте массу одной капли: m= 𝑀 𝑁ср . 7. Зная внутренний диаметр иглы (таблица 2), определите коэффициент поверхностного натяжения воды σ (1) при данной температуре. Оцените погрешность опыта. 8. Повторите опыт для более высоких температур (в диапазоне 10-70 градусов С.) 9. Запишите все результаты измерения числа капель при разных температурах в таблицу. Определите Nср для каждой температуры. Как изменяется число капель при увеличении температуры? 10. Определите коэффициент поверхностного натяжения σ для каждой температуры и занесите значения в таблицу. 11. Постойте график σ от ТK

Выполнение работы. 

1. Начертили таблицу:

Вычисляем поверхностное натяжение по формуле 

Находим среднее значение поверхностного натяжения по формуле:  

Определяем относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Вывод: я измерил поверхностное натяжение жидкости (воды), оно получилось равным 0,069 Н/м, что с учетом погрешности 41,76% совпадает с табличным значением.

Теория. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости. Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости самопроизвольно переходит в такое состояние, при котором потенциальная энергия его минимальна, при этом площадь свободной поверхности жидкости сокращается.

Сила, обусловленная взаимодействием молекул жидкости, вызывающая сокращение ее свободной поверхности и направленная по касательной к этой поверхности, называется силой поверхностного натяжения Fпн .

Величина, равная силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости, называется коэффициентом поверхностного натяжения σ или просто поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение находится по формуле:

L-длина границы свободной поверхности жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения можно определить различными методами: методом отрыва капель, отрыва рамки, методом подъема воды в капилляре.

Теория

Поверхность жидкости, соприкасающейся с другой средой, например, с ее собственным паром, находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Возникают эти особые условия потому, что молекулы пограничного слоя жидкости, в отличие от молекул в глубине, окружены молекулами жидкости не со всех сторон. (Лит.1, §66). Молекулы пограничного слоя жидкости обладают избыточной поверхностной потенциальной энергией Us по сравнению с молекулами в ее глубине. Энергия Us обязана своим происхождением наличию поверхности жидкости, поэтому она пропорциональна площади S этой поверхности. Для того, чтобы увеличить площадь поверхности при постоянной температуре на бесконечно малую величину dS, надо совершить работу: dAвн=dUs=σdS, где σ- коэффициент поверхностного натяжения. Из формулы следует, что коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ численно равен работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу: σ=dAвн/dS (1). Коэффициент поверхностного натяжения химически чистой жидкости определяется природой жидкости, ее температурой. При повышении температуры коэффициент поверхностного натяжения уменьшается. При температуре, называемой критической, он становится равным нулю, так как исчезают различия между жидкостью и ее насыщенным паром. Коэффициент поверхностного натяжения существенно изменяется при добавлении в жидкость поверхностно-активных веществ (Лит.1, §66). Жидкость в равновесии имеет минимальную потенциальную энергию, и, следовательно, должна иметь минимально возможную поверхность. Это означает, что существуют силы, стремящиеся сократить поверхность раздела фаз. Эти силы называются силами поверхностного натяжения Fσ . Они направлены вдоль поверхности, по касательной к ней. На рис1 показана рамка, затянутая мыльной пленкой. Одна из сторон ее представляет собой подвижную легкую перемычку АВ. Силы поверхностного натяжения Fσ направлены вдоль поверхности, по касательной к ней. Они стремятся уменьшить поверхность пленки, перемещая легкую перемычку АВ вверх. Чтобы предотвратить перемещение перемычки, надо приложить к ней силу F. Мыльная пленка Fσ. А В dx F Рис.1 При равновесном изотермическом увеличении поверхности пленки на dS = Ldx внешняя сила F = Fσ будет совершать работу dA вн. = Fdx = F dS/ L. Учитывая формулу (1), получим: dA вн./ dS = F/L = σ. (В данном случае L=2АВ, так как пленка имеет две поверхности). Силовое определение коэффициента поверхностного натяжения: коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ численно равен силе, действующей на единицу длины линии раздела фаз. Стремление жидкости уменьшить площадь поверхности проявляется и в том, что малый объем жидкости принимает форму, близкую к шару. В этом случае сила тяжести, действующая на каплю, мала, и форма капли жидкости определяется поверхностной энергией. Этим же объясняется шаровидная форма капель в состоянии невесомости. На рис.2 показана капля воды при отрыве. Капиллярная трубка с водой. Радиус R конца трубки. Fσ Капля воды при отрыве. mg Рис.2 Перед отрывом капли образуется шейка, радиус которой несколько меньше радиуса трубки. Вдоль окружности этой шейки и действует сила поверхностного натяжения Fσ, направленная вверх, которая в момент отрыва равна силе тяжести. Если радиус шейки r = R, то Fσ =2πRσ = m1g, где m1- масса одной капли жидкости. Зная массу одной капли жидкости, можно определить σ: σ = m1g/2πR

Краткая теория Жидкость является агрегатным состоянием вещества, промежуточным между газообразным и твердым, поэтому она обладает свойствами как газообразных, так и твердых веществ. Жидкости, подобно твердым телам, обладают определенным объемом, а подобно газам, принимают форму сосуда, в котором они находятся. Молекулы газа практически не связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействие и в данном случае средняя энергия теплового движения молекул газа гораздо больше средней потенциальной энергии, обусловленной силами притяжения между ними, поэтому молекулы газа разлетаются в разные стороны и газ занимает предоставленный ему объем. В твердых и жидких телах силы притяжения между молекулами уже существенны и удерживают молекулы на определенном расстоянии друг от друга. В этом случае средняя энергия хаотического (теплового) движения молекул меньше средней потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия, и ее недостаточно для преодоления сил притяжения между молекулами, поэтому твердые тела и жидкости имеют определенный объем. Рентгеноструктурный анализ жидкостей показал, что характер расположения частиц жидкости промежуточен между газом и твердым телом. В газах молекулы движутся хаотично, поэтому нет никакой закономерности в их взаимном расположении. Для твердых 4 тел наблюдается так называемый дальний порядок в расположении частиц, т. е. их упорядоченное расположение, повторяющееся на больших расстояниях. В жидкостях имеет место так называемый ближний порядок в расположении частиц, т. е. их упорядоченное расположение, повторяющееся на расстояниях, сравнимых с межатомными. Теория жидкости до настоящего времени полностью не развита. Разработка ряда проблем в исследовании сложных свойств жидкости принадлежит Я. И. Френкелю (1894—1952). Тепловое движение в жидкости он объяснял тем, что каждая молекулы в течение некоторого времени колеблется около определенного положения равновесие после чего скачком переходит в новое положение, отстоящее от исходного на расстоянии порядка межатомного. Таким образом, молекулы жидкости довольно медленно перемещаются по всей массе жидкости и диффузия происходит гораздо медленнее, чем в газах. С повышением температуры жидкости частота колебательного движения резко увеличивается, возрастает подвижность молекул, что, в свою очередь, является причиной уменьшения вязкости жидкости. На каждую молекулу жидкости со стороны окружающих молекул действуют силы притяжения, быстро убывающие с расстоянием; следовательно, начиная с некоторого минимального расстояния силами притяжения между молекулами можно пренебречь. Это расстояние (порядка 10-9 м) называется радиусом молекулярного действия r, а сфера радиуса r — сферой молекулярного действия. Выделим внутри жидкости какую-либо молекулу А и проведем вокруг нее радиуса r (рис.1). Рис.1. 5 Достаточно, согласно определению, учесть действие на данную молекулу только тех молекул, которые находятся внутри сферы молекулярного действия. Силы с которыми эти молекулы действуют на молекулу А, направлены в разные стороны и в среднем скомпенсированы, поэтому результирующая сила, действующая на молекулу внутри жидкости со стороны других молекул, равна нулю. Иначе обстоит дело если молекула, например молекула B расположена от поверхности на расстоянии меньшем r. В данном случае сфера молекулярного действия лишь частично расположена внутри жидкости. Так как концентрация молекул в расположенном над жидкостью газе мала по сравнению с их концентрацией в жидкости, то равнодействующая сил F, приложенных к каждой молекуле поверхностного слоя, не равна нулю и направлена внутрь жидкости. Таким образом, результирующие силы всех молекул поверхностного слоя оказывают на жидкость давление, называемое молекулярным или внутренним). Молекулярное давление не действует на тело, помещенное в жидкость так как оно обусловлено силами, действующими только между молекулами самой жидкости. Суммарная энергия частиц жидкости складывается из энергии их хаотического теплового) движения и потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия. Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой надо затратить работу. Эта работа совершается за счет кинетической энергии молекул и идет на увеличение их потенциальной энергии. Поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, называемая поверхностной энергией, пропорциональна площади слоя ∆S: ∆E=σ∆S (1) где σ — поверхностное натяжение. Так как равновесное состояние характеризуется минимумом потенциальной энергии то жидкость при отсутствии внешних сил будет принимать такую форму, чтобы при заданном объеме она имела минимальную поверхность, т. е. форму шара. Наблюдая мельчайшие капельки, взвешенные в воздухе, можем видеть, что они 6 действительно имеют форму шариков, но несколько искаженную изза действия сил земного тяготения. В условиях невесомости капля любой жидкости (независимо от ее размеров) имеет сферическую форму, что доказано экспериментально на космических кораблях. Итак, условием устойчивого равновесия жидкости является минимум поверхностной энергии. Это означает, что жидкость при заданном объеме должна иметь наименьшую площадь поверхности, т.е. жидкость стремится сократить площадь свободной поверхности. В этом случае поверхностный слой жидкости можно уподобить растянутой упругой пленке, в которой действуют силы натяжения. Рассмотрим поверхность жидкости ограниченную замкнутым контуром. Под действием сил поверхностного натяжения (направлены по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно участку контура, на который они действуют) поверхность жидкости сократилась и рассматриваемый контур переместился в положение, отмеченное светло-серым цветом. Силы, действующие со стороны выделенного участка на граничащие с ним участки, совершают работу ∆A=f∆l∆x где f—сила поверхностного натяжения, действующая на единицу длины контура поверхности жидкости. Рис.2 Из рис. 2 видно, что ∆l∆x=∆S, т. е. ∆A=f∆S (2) 7 Эта работа совершается за счет уменьшения поверхностной энергии, т. е. ∆A=∆Е (3) Из сравнения выражений (1) — (3) видно, что σ =f (4) т. е. поверхностное натяжение σ равно силе поверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины контура, ограничивающего поверхность. Единица поверхностного натяжения — ньютон на метр (Н/м) или джоуль на квадратный метр (Дж/м2 ). Большинство жидкостей при температуре 300 К имеет поверхностное натяжение порядка 10-2 -10-1 Н/м. Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Поверхностное натяжение существенным образом зависит от примесей, имеющихся в жидкостях. Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностноактивными. Наиболее известным поверхностно-активным веществом по отношению к воде является мыло. Оно сильно уменьшает ее поверхностное натяжение (примерно с 7,5 10-2 до 4,5 10-2 Н/м). Поверхностно-активными веществами, понижающими поверхностное натяжение воды, являются также спирты, эфиры, нефть и др. Существуют вещества (сахар, соль), которые увеличивают поверхностное натяжение жидкости благодаря тому, что их молекулы взаимодействуют с молекулами жидкости сильнее, чем молекулы жидкости между собой. Например, если посолить мыльный раствор, то в поверхностный слой жидкости выталкивается молекул мыла больше, чем в пресной воде.  В мыловаренной технике мыло «высаливается» этим способом из раствора

Вопросы:

1.Дайте определение коэффициента поверхностного натяжения (силовое и энергетическое). Получите его размерность. 2. Где возникают силы поверхностного натяжения? Качественно объясните их возникновение. Как они направлены? Приведите примеры. (Лит.1,§66) 3. От каких факторов зависит коэффициент поверхностного натяжения? 4. Что такое поверхностно-активные вещества? Приведите примеры их применения. (Лит.1,§66) 5. Качественно объясните зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры. Что такое критическая температура? 6. Объясните, почему при отсутствии внешних сил форма капель жидкости – сферическая? 7. Расскажите о методе определения коэффициента поверхностного натяжения в данной работе. Получите формулу (1). Каковы недостатки этого метода?

Контрольные вопросы:

1. Зависит ли коэффициент поверхностного натяжения от массы и диаметра капли, ускорения свободного падения, свойств жидкости?

2. Изменится ли результат, если измерения проводить на экваторе или на Северном полюсе, где ускорение свободного падения отлично от ускорения в Белгороде?

3. Почему коэффициенты поверхностного натяжения горячей и холодной воды отличаются друг от друга? Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?

4. Где выше поднимается вода в капиллярах равного радиуса — у подножия высокой горы или на ее вершине и почему?

5. Почему, прежде чем покрыть штукатурку масляной краской, предварительно производят грунтовку олифой?

Правила техники безопасности

1.Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя.

2. Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.

3. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

4. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. При выполнении лабораторных работ нельзя использовать разбитые стеклянные трубки, трубки с трещинами.  Для предотвращения падения стеклянные сосуды (пробирки, колбы) при проведении опытов осторожно закрепляйте в лапке штатива. Осколки стекла нельзя собирать со стола руками. Для этого нужно использовать щетку и совок.

5. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов.

6. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.
7. Источник тока и электрической цепи подключайте в последнюю очередь.

8. Собранную цепь включайте только после проверки и с разрешения преподавателя. Проверяйте наличие напряжения на источниках питания или других частях электроустановки с помощью прибора для измерения напряжения.

9. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишенным изоляции. Не производите присоединения в цепях до отключении источника электропитания.

10. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.

11. Выполняйте измерения и наблюдения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголенным проводам (токоведущим частям, находящимся под напряжением).

12. Не прикасайтесь к конденсаторам, даже после отключения электрической цепи от источника питания, их сначала нужно разрядить. По окончании работы отключите источник питания, после чего разберите электрическую цепь.

13. Обнаружив неисправность в электрических установках, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник тока и сообщите об этом учителю.

14. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

15.Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Инструкция по охране труда для студентов при выполнении лабораторных работ по молекулярной физике

1. Общие требования безопасности.1.1. К проведению лабораторных работ по физике допускаются студенты, прошедшие инструктаж по охране труда.1.2. Студенты должны соблюдать правила поведения, установленные режимы труда и отдыха.1.3. При проведении лабораторных работ по физике возможно воздействие на студентов, следующих опасных и вредных производственных факторов:порезы рук при небрежном обращении с приборами из стекла.1.4. О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить преподавателю. При неисправности оборудования, приспособлений и инструмента прекратить работу и сообщить об этом преподавателю.1.5. В процессе работы студенты должны соблюдать порядок проведения лабораторных работ, правила личной гигиены, содержать в чистоте рабочее место.1.6. Студенты, допустившие невыполнение или нарушение инструкции по охране труда, привлекаются к ответственности, и со всеми студентами проводится внеплановый инструктаж по охране труда.

2. Требования безопасности перед началом работы.2.1. Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы, а также безопасные приемы ее выполнения.2.2. Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.2.3. Проверить исправность оборудования, приборов, целостность приборов из стекла.

3. Требования безопасности во время работы.3.1. Нельзя устанавливать термометр на край стола. 3.2. При выполнении лабораторной работы нельзя пользоваться ртутным термометром.3.3. Правильно расположите термометр для снятия показания прибора. 3.4. Правильно определите цену деления прибора: барометра и термометра 3.5. Осторожно переставляйте приборы на столе.3.6. Не создавайте лишний шум в классе передвижением или падением своих приборов, шум оказывает отрицательное воздействие на ваше здоровье.

4. Требования безопасности в аварийных ситуациях.4.1. В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать их осколки незащищенными руками, а использовать для этой цели щетку и совок.4.2. При получении травмы сообщить об этом преподавателю.

5. Требования безопасности по окончании работы.5.1. Привести в порядок рабочее место, сдать преподавателю приборы, оборудование, материал.5.2. Обо всех неисправностях оборудования немедленно сообщить преподавателю5.3. Преподаватель обязан убедиться в том, что все оборудование сдано студентами