Основи молекулярно кінетичної теорії

Великодимерський середній

загальноосвітній НВК

Фізичний практикум

Учня 10-Б класу

Джемесюка Івана

Практична робота № 1

«Спостереження броунівського руху»

Тема: броунівський рух.

Мета: підготовка препаратів і спостереження броунівського руху.

Прилади і матеріали: мікроскоп, що збільшує у 600-700 разів, підігрівник – електрична лампочка, препарат.

Теоретичні відомості

Броунівський рух – це результат неврівноважених ударів, яких зазнає зависла частинка з боку рухомих молекул навколишнього середовища. Рух броунівської частинки тим більший, чим вона менша, і чим вища температура середовища. Якщо зависла частинка великих розмірів,то число поштовхів, яких вона зазнає з різних боків, приблизно однакове, внаслідок чого така частинка майже не зміщується з місця.

Приладом для спостереження завислих частинок у рідині є мікроскоп. Препарат являє собою ванночку з дистильованою водою, в яку підливають дві-три каплі свіжого молока, що плавають у воді і є завислими частинками. Або до води додають розчин туші чи фарби.

Завдання

Спостерігати за рухом завислих частинок, змінюючи температуру препарату.

Хід роботи

Ми взяли підігрітий розчин туші і капнули капельку на предметне скельце мікроскопа. Дивлячись у мікроскоп ми спостерігали безладний, неврівноважений рух завислих частинок туші. Частинки рухаються внаслідок того, що удари молекул не компенсують один одного.

Контрольні запитання

1. У чому суть броунівського руху?

2. Які положення МКТ будови речовини експериментально підтверджуються броунівським рухом?

3. Як і чому змінюється рух завислих частинок, коли наближати і віддаляти нагрівник від препарату?

4. Що швидше рухається: молекули чи броунівські частинки? Чим це пояснити?

5. Основне рівняння МКТ.

6. Фізичний зміст сталої Авогадро.

7. Сили взаємодії молекул (графік).

8. Молярна маса.

9. Кількість речовини.

10. Будова твердих і рідких речовин.

Практична робота № 2

«Визначення відносної вологості повітря»

Тема: визначення відносної вологості повітря

Мета: визначення відносної вологості повітря.

Обладнання: гігрометр, ефір, гумова груша, психометр Августа, термометр, гігрометр Ламбрехта.

Теоретичні відомості

Абсолютна вологість повітря (₀) кількісно дорівнює масі водяної пари в грамах, що містяться в 1 м³ повітря. Коли температура висока і пара далека від стану насичення, то в цьому випадку до водяної пари можна застосувати рівняння Менделєєва-Клапейрона.

Кількісне значення абсолютної вологості мало відрізняється від величини парціального тиску водяної пари (яка насичує простір) і виражається в мм рт. ст.

Під відносною вологістю слід розуміти відношення абсолютної вологості до маси або до парціального тиску водяної пари, яка насичує простір при тій же температурі. Це відношення виражають у процентах. Точкою роси називається температура, при якій наявна в повітрі водяна пара стає насиченою, тобто починає конденсуватися на охолодженій поверхні. Основні способи визначення вологості повітря методом точки роси здійснюється в роботі за допомогою гігрометра Ламбрехта. Він складається з точкового металевого полірованого диска. На зворотному боці диска є резервуар, в який наливають ефір і встановлюють термометр через отвір у трубці. Через другий отвір за допомогою гумової трубки з грушею поступає повітря. Ефір швидко випаровується із повітря, що прилягає до диска, а на поверхні диска виступає роса внаслідок конденсації водяної пари з повітрям (поверхня диска стає ніби мутною, що добре помітно, якщо порівняти її з блискучою поверхнею кільця). Температура що відповідає моментові потемнення поверхні диска і буде точкою роси.

Хід роботи

1. Визначити точку роси за допомогою таблиць, визначити абсолютну вологість повітря.

2. Визначити відносну вологість повітря за допомогою психометра Августа.

Контрольні запитання

1. Яку пару називають насиченою і ненасиченою?

2. Що таке точка роси?

3. Абсолютна вологість.

4. Що таке відносна вологість?

5. Парціальний тиск.

6. Будова гігрометра і його призначення.

7. Залежність тиску насиченої пари від температури.

8. Залежність густини насиченої пари від температури.

9. Що таке критичний стан?

10. Критична температура.

Практична робота № 3

«Вивчення властивостей рідин»

Тема: вивчення властивостей рідини. Визначення поверхневого натягу води.

Мета: експериментально визначити коефіцієнт поверхневого натягу води методом відриву капель.

Обладнання: терези навчальні, важки (або мензурка), клин вимірювальний, штангель циркуль, склянка хімічна, дистильована вода, штатив з лапкою.

Теоретичні відомості

Коефіцієнт поверхневого натягу відзначається відношення модуля сили поверхневого натягу F, діючою на межу поверхневого шару рідини, до довжини цієї межі :

=; [=

Коефіцієнт поверхневого натягу рідини залежить від природи граничних середовищ і температури рідини.

У цій роботі поверхневий натяг води визначається методом відриву капель. Поки краплина мала вона не відривається: її утримують сили поверхневого натягу. Відривання краплини відбувається в той момент, коли модуль сили тяжіння F_max, що діє на краплю масою m, стає таким, що дорівнює модулю рівнодійної сили поверхневого натягу F, що діють уздовж окружності шийки краплі:

F = F_max F =

Оскільки , де – внутрішній діаметр піпетки, то

F=

Тоді

Звідси

Для підвищення точності вимірюють масу крапель і обчислення ведуть за формулою:

Де М – маса крапель води, що вилились; - прискорення вільного падіння; - кількість крапель води.

Хід роботи

1. За допомогою вимірювального клину і штангель циркуля вимірюємо внутрішній діаметр піпетки d.

2. Вимірюємо масу порожньої склянки з точністю до 0,01 г.

3. Накапуємо в порожню склянку 100-200 крапель (що більше крапель, то вище точність кінцевого результату).

4. Визначаємо за допомогою терезів або мензурки масу М накапаної води.

5. Обчислюємо коефіцієнт поверхневого натягу .

6. Результати вимірювань і обчислень заносимо до таблиці:

7. Оцінюємо відносну і похибки вимірювань:

Величина можна вважати постійними

8. Записуємо кінцевий результат у вигляді:

_екс

Висновок: на уроці фізики ми експериментально визначити коефіцієнт поверхневого натягу води методом відриву капель.

Контрольні запитання:

1. Особливості рідкого стану речовини.

2. Поверхневий натяг, сила поверхневого натягу.

3. Коефіцієнт поверхневого натягу.

4. Як залежить коефіцієнт поверхневого натягу від температури?

5. Явище змочування.

6. Явище капілярності.

7. Висота підняття рідини у капілярній трубці.

8. Температура кипіння рідини.

9. Залежність температури кипіння від тиску.

10. Рух рідини по трубах. Закон Бернулі.

Практична робота № 4

«Визначення руйнівної напруги металу»

Тема: визначення руйнівної напруги металу.

Обладнання: тонкий дріт дослідного зразка, штангель циркуль, набір важків.

Теоретичні відомості:

Напруга – величина, що вимірюється відношенням модуля F сили до площі поперечного перерізу S тіла . при малих деформаціях тіл, завжди справджується закон Гука. Деформацію розтягу характеризують абсолютним відношенням: ₀ і відносним видовженням .

Хід роботи:

1. Укріплюємо дротину на штативі.

2. На кінець дроту вішаємо тягарець з набору.

3. Збільшуватимемо навантаження, поки зразок не зруйнується. Визначаємо силу, що відповідає руйнуванню.

4. використовуючи визначаємо руйнівну напругу для даного металу. Площу визначаємо за формулою S=.

5. Дані записуємо в таблицю:

Контрольні запитання:

1. Що називається межею міцності?

2. Що таке коефіцієнт запасу?

3. Як читається закон Гука?

4. Формула сили пружності.

5. Діаграма розтягу.

6. Механічна напруга, пластичність, крихкість, міцність.

7. Різниця між аморфними і кристалічними тілами.

8. Модуль Юнга.

9. Види деформації.

10. Графік нагрівання і плавлення кристалічних тіл.

Практична робота № 5

«Розширення меж вимірювання вольтметра і амперметра»

Тема: розширення меж вимірювання вольтметра і амперметра.

Мета: перевірити закони послідовного і паралельного сполучення і розрахувати шунти до амперметра і додаткові опори до вольтметра.

Обладнання: вольтметр на 2В, додаткові опори, джерело струму, амперметр, шунти до амперметра.

Теоретичні відомості

1. Електричним струмом називають упорядкований рух заряджених частинок. За напрямом струму приймають напрям позитивно заряджених частинок. Сила струму дорівнює відношенню заряду , що переноситься через поперечний переріз провідника за інтервал часу , до цього інтервалу часу:

Якщо сила струму з часом не змінюється, то струм називається постійним. Сила струму – величина скалярна. q=q₀nSt – загальний заряд частинок. Швидкість упорядкованого руху електронів у провіднику:

2. Згідно з законом Ома для ділянки кола, сила струму прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору провідника:

Провідник має опір 1 Ом, якщо при різниці потенціалів 1 В, сила струму в ньому 1 А.

3. Види сполучень:

а) Послідовне сполучення;

I=const

U=U₁+U₂+U₃

R=R₁+R₂+R₃

б) Паралельне сполучення;

U=const

I=I₁+I₂+I₃

Хід роботи

1. Щоб вольтметр не створював величини напруги, яку вимірюють, його опір має бути більшим порівняно з опором ділянки кола, на якій вимірюється напруга.

2. Якщо опір вольтметра R₀, то після його вмикання в коло, опір ділянки уже не R, а R₁

3. Скласти електричне поле за схемою:

+ -

4. Провести вимірювання в колі.

5. Розрахувати додатковий опір до вольтметра, який має власний опір 300 Ом, щоб ним можна було визначити напругу мережі до 200 В. Вольтметр розраховано на напругу 5 В.

Контрольні запитання:

1. Назвати і записати закони паралельного сполучення провідників.

2. Закони Ома для ділянки кола.

3. Закони Джоуля-Ленца.

4. Фізичний зміст ЕРС.

5. Умови необхідні для існування електричного струму.

6. Робота і потужність струму.

7. Шунти для амперметра, їх включення і призначення.

8. Потенціал і різниця потенціалів.

9. Конденсатор, їх типи і сполучення.

10. Закони послідовного сполучення провідників.

Практична робота № 6

«Зняття вольт амперної характеристики напівпровідникового діода»

Тема: зняття вольт амперної характеристики напівпровідникового діода.

Обладнання: напівпровідниковий діод, батарея, амперметр, з’єднувальні проводи, реостат.

Теоретичні відомості

Контакти двох напівпровідників називають п-н переходи. Отже п-н перехід відносно струму не симетричний у прямому напрямі, опір переходу використовують для виправлення змінного струму. У радіосхемах поряд з двома електродними лампами дедалі частіше застосовують напівпровідникові діоди, виготовленні з германію, кремнію, селену.

Хід роботи

1. Щоб знайти вольт амперну характеристику діода треба дослідити, як струм залежить від напруги. Для цього треба скласти електричне коло за схемою:

2. Підключити батарею спочатку як показано на схемі і виміряти напругу і силу струму при різних положеннях реостата (2-3 положеннях)

3. Підключити батарею в зворотному напрямі і спостерігати за показниками вимірювальних приладів.

4. Накреслити таблицю і записати всі результати вимірювань.

5. За даними результатами накреслити вольт амперну характеристику і пояснити її.

Контрольні запитання

1. Що називають вольт амперною характеристикою?

2. Поняття про прямий і зворотній струм.

3. Застосування напівпровідникових діодів.

4. Переваги і недоліки в порівнянні з електричними лампами.

5. Провідність напівпровідників (власна і домішкова)

6. Порівняння вольт амперної характеристики лампи діода і напівпровідникового діода.

7. Що являє електричний струм у напівпровідниках?

8. Закон Ампера. Правило лівої руки.

9. Сила Лоренца.

10. Магнітні властивості речовини.

Практична робота № 7

«Складання схеми фотореле та спостереження роботи фотоопору»

Тема: складання схеми фотореле та спостереження роботи фотоопору.

Обладнання: схема фотореле, лампа, шнур, з’єднувальні проводи.

Завдання: провести спостереження роботи фотоопору.

Теоретичні відомості:

Провідність при умовах, коли механізм провідності ідеальних напівпровідників не має ніяких домішок, називають власною провідністю напівпровідників. При наявності домішок поряд з власною виникає додаткова домішкова провідність. Домішки, які легко віддають електрони і, отже, збільшують число вільних електронів, називають донорними домішками. У напівпровідниках електричний опір залежить від температури. Цю властивість використовують для вимірювання температури за величиною струму в колі з напівпровідником. Такі прилади називають термісторами. Електрична провідність напівпровідників підвищується не тільки від нагрівання, а й від освітлення їх. Електрична провідність зростає внаслідок розривання зв’язків і утворення вільних дірок і електронів за рахунок енергії світла, що падає на напівпровідник. Це явище називають фотоелектричним ефектом. Прилади, в яких використовують фотоелектричний ефект у напівпровідниках, називають фотоопорами.

Хід роботи

1. Електрична провідність напівпровідників змінюється від освітлення. Для того, щоб це перевірити, скласти установку, в яку включений фотоопір.

2. Скласти схему, але в мережу не вмикати без дозволу вчителя.

3. Коли схема увімкнена, фотоопір закривати темним папером і спостерігати, яка при цьому відбудеться дія, а потім освітлювати фотоопір світлом.

4. Накреслити схему фотореле і пояснити принцип його роботи.

5. Розглянути фотоекспонометра та пояснити його використання.

Ф_с – фотоопір типу Ф_с-к1, чутливість 3*10⁵ - 5*10⁶ мкА;

С – конденсатор, об’ємом 0,1 – 0,2 мкА;

Р – реле електричне, ток спрацювання 1<=2 мА;

R = 18*10³ – 31*10^-3 Ом;

К – контакти реле;

В – селеновий випрямляч типу АВС – 7–5 або АВС – 6–270;

І_випр = 5 – 6 мА.

Результати спостереження:

Контрольні запитання:

1. Що таке термістор, фотоопір?

2. Де використовують термістори і фотоопори?

3. Напівпровідниковий діод.

4. Вольт амперна характеристика діода.

5. Що таке електричний струм? Умови існування електричного струму.

6. Закон Кулона.

7. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції.

8. Типи самостійного розряду в газах.

9. Перший закон термодинаміки.

10. Використання першого закону термодинаміки до ізопроцесів.

11. Що таке електромагніт?