министерство образования и науки республика хакасия

государственное автономное профессиональное образовательное учреждение республики хакасия «Саяногорский политехнический техникум»

Образовательные технологии дистанционного обучения

по курсу "Физика"

ВыполнилА: сорочан м.в.

Саяногорск 2015

Содержание

Глава 1

1.1 Введение………………………………………………………………………………...

2

1.2 Анализ заинтересованных сторон…………………………………………………….

2

1.3 Анализ проблем………………………………………………………………………...

3

1.4 Анализ целей…………………………………………………………………………...

5

1.5 Определение логики участия………………………………………………………….

5

1.6 Указание на допущения и факторы риска……………………………………………

5

1.7 Определение показателей……………………………………………………………...

6

1.8 Подготовка графика мероприятий……………………………………………………

6

1.9 Указание ресурсов……………………………………………………………………...

6

Глава 2

Таблица 1 Логико-структурная схема проектирования дистанционного курса ………

7

2.1 Заключение (выводы и рекомендации)……………………………………………….

10

2.2 Концепция создания системы ДО в техникуме……………………………………...

10

2.3 Концепция дистанционного курса по «Физике»……………………………………..

10

Глава 3

3.1 Раздел учебной программы "Молекулярно кинетическая теория жидкостей и газов тепловые явления" дисциплины "физика"…………………………………………

10

3.1.1 Актуальность и основание разработки……………………………………………..

10

3.1.2 Цели и задачи изучения курса………………………………………………………

11

3.1.3 Целевая аудитория…………………………………………………………………...

11

3.1.4 Продолжительность изучения курса………………………………………………..

11

3.1.5 Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения дисциплины…………………………………………………………………………………

12

3.1.6 Содержание курса …………………………………………………………………...

13

3.1.7 Особенности организации учебного процесса……………………………………..

14

3.1.8 Информационное обеспечение дисциплины (список литературы)……………….

15

3.2 Руководство по изучению дисциплины……………………………………………...

16

3.2.1 Общие рекомендации………………………………………………………………...

16

3.2.2 Рекомендации по работе над модулями…………………………………………….

16

3.3 Рекомендации по выполнению практических заданий……………………………...

19

3.4 Вопросы для самоконтроля……………………………………………………………

19

3.5 Пример контрольного теста. ………………………………………………………….

21

3.6Академический календарь раздела " Молекулярно кинетическая теория жидкостей и газов, тепловые явления" …………………………………………………..

23

Глава 4

4.1 Методические рекомендации по изучению темы …………………………………...

24

4.2 Теоретический материал по теме …………………………………………………….

24

4.3 Основная литература…………………………………………………………………..

25

4.4 Практические задания………………………………………………………………….

26

4.4.1 Измерение давления газа манометрами…………………………………………….

26

4.4.2 Мензурки……………………………………………………………………………...

31

4.5 Как определить погрешность изменений……………………………………………..

34

4.6. Лабораторные работы…………………………………………………………………

36

4.6.1. Опытная проверка закона Гей-Люссака……………………………………………

36

4.6.2 Определение поверхностного натяжения жидкости………………………………

37

4.6.3 Измерение модуля упругости резины………………………………………………

40

Глава 5

5.1 Приложение 1. Основные формулы…………………………………………………..

41

Глава 1

Планирование ИНДИВИДУАЛЬНОГО проекта «РАЗРАБОТКА дИСТАНЦИОННОГО КУРСА

«ФИЗИКА» С

ПРИМЕНЕНИЕМ ЛОГИКО-СТРУКТУРНОГО ПОДХОДА.

Глава 2

Логико-структурная схема проектирования ДИСТАНЦИОННОГО КУРСА И МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "Физика".

Таблица 1. Логико-структурная схема проектирования ДИСТАНЦИОННОГО КУРСА И МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "Физика".

Фаза (этап) ЛСП

Критерии

Показатель достижения результата

Измерение

Допущения и риски

Общая цель

Повышение качества обучения слушателей по дисциплине «Физика» путем использования технологий дистанционного обучения

Подготовка необходимого количества специалистов по дисциплине «Физика»

1. Экспертная оценка модели

2. Кол-во подготовленных специалистов по дисциплине «Физика».

Изменение условий в нормативно-правовой сфере, связанной с ДО.

Конкретные цели

1. Подготовка квалифицированных кадров по ДО.

2. Повышение квалификации преподавателей в области компьютерных технологий.

3. Разработка концепции курса.

4. Разработка учебно-методического комплекса (УМК) по дисциплине «Физика».

5. Создание необходимой материально-технической базы для ДО.

1. Подготовка необходимого количества специалистов, владеющих компьютерными технологиями.

2. Подготовка компьютеров с выходом в сеть Internet.

3. Внедрение в соответствии с разработанной специалистами концепцией нового учебно-методического обеспечения курса «Физика» с учетом запросов слушателей, увеличения самостоятельности работы слушателей.

1. Количество подготовленных специалистов по компьютерным технологиям.

2. Количество компьютеров

с выходом в сеть.

3. Экспертная оценка учебно-методического обеспечения курса.

1. Возможная текучесть квалифицированных кадров из-за низкой зарплаты.

2. Возможность поддерживать аппаратную и программную части информационно-вычислительных систем на должном уровне.

2. Обеспечение возможности организации экспертной оценки технологий обучения по дисциплине.

Результаты

1. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Физика» с использованием дистанционных образовательных технологий.

2. Слушатели, прошедшие обучение с помощью УМК.

1. Логико-структурная схема образовательного цикла

2. Модель тестирования и методы количественного оценивания знаний по курсу

3. Методика организации учебного процесса и сетевой шаблон прохождения курса

4. Комплект дидактических материалов по основным модулям курса

5. Учебные пособия по курсу

6. Количество слушателей, прошедших обучение за учебный год

1. Экспертная оценка УМК.

2. Анкетирование слушателей.

3. Процент слушателей, успешно сдавших зачеты и экзамены.

Возможность свободного доступа слушателей к сетевым информационным ресурсам

Действия

1. Проведение анализа состояния преподавания дисциплины с целью выявления всего комплекса существующих вопросов, возможностей развития, наличия рисков и т.д.

2. Разработка логико-структурной схемы.

3. Разработка моделей тестирования и методов количественного оценивания знаний.

4. Разработка комплекта дидактических материалов по основным модулям курса и методических рекомендаций по их использованию.

5. Разработка учебных пособий.

1. Кадровое обеспечение проекта

2. Компьютерная техника и средства телекоммуникаций

3. Информационно-справочные ресурсы

1. Надбавки.

2. Расходы.

3. Формирование контингента слушателей на последующие потоки.

Возможность использования современных компьютерных технологий и программного обеспечения

Глава 3

3.1 Раздел учебной программы "Молекулярно кинетическая теория жидкостей и газов тепловые явления" дисциплины "физика"

3.1.1 Актуальность и основание разработки

Дисциплина "Физика" является основной по специальностям: «Строительство зданий и сооружений», «Экономика и бухгалтерский учет», «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования», «Металлургия цветных металлов», «Гидроэнергетические установки».

Программа учебной дисциплины составлена на основе стандарта среднего (полного) образования по физике, примерной программы среднего (полного) общего образования базовый уровень.

3.1.2 Цели и задачи изучения курса

Цель курса - Раздел "Молекулярно- кинетическая теория жидкостей и газов тепловые явления" - оказание помощи студентам в дистанционном изучении материала дисциплины в соответствии со стандартом, формирование навыков самостоятельной работы по поиску, выбору и изучению необходимого материла.

Задача курса - дать необходимые знания по основам молекулярно-кинетической теории жидкостей и газов.

После изучения курса студент должен

знать:

- экспериментальные доказательства гипотезы строения вещества;

- понятие абсолютная температура;

- строение и свойства жидкостей и твердых тел;

- методы научного познания природы;

- основное уравнение молекулярно-кинетической теории;

- уравнение состояния идеального газа;

- зависимость давления насыщенного пара от температуры;

- принцип действия тепловых двигателей;

- применение первого закона термодинамики к различным процессам.

уметь:

- проводить наблюдения;

- планировать и проводить эксперименты;

-применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных явлений;

- пользоваться базами информации учебной литературы.

- оценивать достоверность естественнонаучной информации.

- организовывать свою учебную деятельность: постановка цели, планирование, определение оптимального соотношения цели и средств;

иметь навыки:

- поиска информации в интернете;

- работы с единицами физических величин;

- нахождения неизвестной величины, через параметры.

3.1.3 Целевая аудитория

Студенты очной и заочной формы обучения по специальностям: «Строительство зданий и сооружений», «Экономика и бухгалтерский учет», «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования», «Металлургия цветных металлов», «Гидроэлектроэнергетические установки», «Литейное производство черных и цветных металлов».

3.1.4 Продолжительность изучения курса

Раздел " Молекулярно- кинетическая теория жидкостей и газов " изучается в течение одного семестра (5 недель)

Распределение учебного времени дисциплины

.

3.1.5 Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения дисциплины.

Для успешного усвоения дисциплины студенты должны окончить курс по основному среднему образованию математике, химии, физике.

3.1.6 Содержание курса

Модуль 1.

Тема 1. Основы молекулярно-кинетической теории.

Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры молекул.

Изучив данную тему, студент должен:

знать:

- основные положения молекулярно-кинетической теории;

- размеры молекул, массу, количество вещества;

- силы взаимодействия молекул;

- строение газообразных, жидких, и твердых тел;

- понятие «Идеальный газ»;

- среднее значение квадрата скорости молекул;

- основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

уметь:

- использовать для познания окружающего мира различные естественнонаучные методы;

-различными способами решать теоретические и экспериментальные задачи;

-предвидеть возможные результаты своих действий.

Тема 2. Температура. Энергия теплового движения молекул.

Температура и тепловое равновесие. Определение температуры. Измерение скоростей молекул газа.

Изучив данную тему, студент должен:

знать:

- определение температуры и теплового равновесия;

- две шкалы температур;

- отличия между градусником и термометром;

- доказательство утверждения «Температура - мера средней кинетической энергии молекул».

- методы измерения скоростей молекул газа.

уметь:

- пользоваться приборами для определения температуры;

- вычислять зависимость давления газа от концентрации его молекул и температуры;

- Определять среднюю кинетическую энергию хаотичного поступательного движения молекул.

Тема 3. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Взаимные превращения жидкостей и газов.

Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Насыщенный пар. Зависимость давления насыщенного пора от температуры. Кипение. Критическая температура.

Изучив данную тему, студент должен:

знать:

- уравнение состояния идеального газа;

- газовые законы;

- понятие насыщенный пар, зависимость давления насыщенного пара от температуры;

- определение влажности воздуха.

уметь:

- пользоваться приборами для определения влажности;

- проводить эксперименты подтверждающие справедливость газовых законов;

- использовать уравнение состояния идеального газа и газовые законы при решении задач;

- единицы измерения физических величин приводить в систему СИ.

Модуль 2

Тема 4. Твердые тела.

Кристаллические тела. Аморфные тела. Виды деформаций твердых тел. Механические свойства твердых тел.

Изучив данную тему, студент должен:

знать:

- виды кристаллических решеток;

- структуру аморфного тела;

- виды деформаций;

- закон Гука, пределы пропорциональности и упругости, жесткость материала.

уметь:

- определять по виду кристаллических решеток моно и поликристаллы;

- рассчитывать механическое напряжение, модуль Юнга, жесткость материала; абсолютную и относительную деформации.

- единицы измерения физических величин приводить в систему СИ.

Тема 5. Основы термодинамики.

Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Принцип действия тепловых двигателей.

Изучив данную тему, студент должен:

знать:

- способы изменения внутренней энергии;

- зависимость внутренней энергии от макроскопических параметров;

- формулу расчета внутренней энергии идеального газа;

- как изменяется внутренней энергии при совершении работы;

- геометрическое истолкование работы;

- формулы расчета количества теплоты при тепловых процессах;

- уравнение теплового баланса;

уметь:

- с помощью первого закона термодинамики делать заключения о характере протекающих процессов;

- рассчитывать коэффициент полезного действия двигателя;

- анализировать полученный результат;

- единицы измерения физических величин приводить в систему СИ.

3.1.7 Особенности организации учебного процесса

Обучение состоит из:

• дистанционного обучения с использованием современных информационных и телекоммуникационных технологий на лабораторных и практических занятиях, при самостоятельной работе;

• дистанционного промежуточного тестирования по разделу;

• очной сдачи зачета.

Графиком учебного процесса для студентов предусмотрены:

- самостоятельное изучение лекционного материала и дистанционное консультирование по материалу,

- самостоятельные практические и лабораторные занятия;

- самостоятельное дистанционное изучение дополнительного материала, проведение заочных консультаций, выполнение самостоятельных практических заданий, проведение контрольных тестирований по модулю дисциплины, работа в форуме;

- защита практических работ в режиме on-line в чате;

- очная зачетно-экзаменационная сессия, на которой проводится сдача зачета.

Все студенты обеспечиваются учебно-методическими материалами (УММ), которые по своему объему и содержанию соответствуют требованиям государственных образовательных стандартов и включают:

• руководство по изучению курса;

• теоретический материал (учебные пособия в электронном виде),

• ссылки на дополнительные учебные материалы в Интернете;

• методические указания по выполнению практических работ;

• методические указания по выполнению лабораторных работ;

• тесты для самоконтроля по модулям дисциплины;

• вопросы к зачету.

В преподавании дисциплины используется методика модульного изучения. В одном модуле предоставляются УММ по одной теме дисциплины, в изучении которой есть логическая завершенность, а по окончании изучения предусматривается форма контроля.

Все УММ размещаются на учебном сайте техникума .spt.edusite.ru/ . Допуск студента на курс осуществляется после регистрации.

В процессе обучения студенты могут задавать вопросы преподавателю по электронной почте и общаться между собой и с преподавателем.

В курсе предусмотрены практические и лабораторные работы, которые выполняются дистанционно и размещаются на учебном сайте для проверки и рецензирования. Для выполнения практических и лабораторных работ разработаны методические указания. Защита практических работ может проходить в режиме on-line (чат).

Контроль знаний проводится комплексно посредством регистрации на сайте всей работы студента, проведения контрольных тестирований и защиты практических работ.

Изучение курса завершается итоговым зачетом, который проводится в виде учета работы в семестре, результатов итогового тестирования и очной сдачи зачета.

3.1.8 Информационное обеспечение дисциплины (список литературы)

Основная литература

1. Дмитриева В.Ф.: Учебник для образовательных учреждений среднего профессионального образования.- М.: Академия, 2003. - 461с.

Интернет-ресурсы

1. Электронные учебники

1.1. сетеr.fio..ru/vio/vio_03/cd_site/articles/art_5_5htm# Открытая физика компания «Физикон»

1.2. mozg.by/content/uchebniki-po-fizike.ru/ Жолнеревич В.В. - М.:Академия, 2006,­­- 420с.

2.1. shop top kninga.ru/books/item/in/115629 СамойленкоП.И.; СергеевА.В. «Физика» - М.: Академия, 2006, - 400с.

2.2. shop.top kniga.ru/books/item/in438740 Кабардина С.И.; Кабардин О.Ф. «Физика» - М.: Просвещение, 2010 - 431.

2.3. shop.top kniga.ru/books/item/in438741 Тихомирова С.А.; Яворский Б.М. «Физика 10» - М.: Просвещение, 2010 - 435.

3. Форумы, рассылки

3.1. schoolbase.ru/arcles /item / kfizike Электронный консультант по физике.

3.2. gomilina.orc.ru/ index 1.html Интернет ресурсы по физике.

3.3. dssal.ru/elektronnye - utchebniki.html Бесплатная библиотека по физике.

4. Сайты

4.1. college.ru/ открытый колледж сервер.

4.2. college.ru/teacher/virt_hractice.html Интерактивный компьютерный курс.

4.3. univerTV.ru/ Физика - видиолекции.

4.4. pazumeika.ru/examen/Lit VUZ/physvuz.htm Удачный задачник для поступающих в ВУЗ.

4.5. Edunews.ru/artickes/ how_ phis.htm Как подготовиться к экзамену по физике.

4.6. zone-x.ru/showtov.asp cat_id=302786 Физика для средних специальных учебных заведений.

3.2 Руководство по изучению дисциплины

3.2.1 Общие рекомендации

Раздел "Молекулярно-кинетическая теория жидкости и газов тепловые явления" дисциплины " Физика " разбивается на 2 модуля, каждый из которых включает по несколько тем.

Прежде чем Вы начнете свою работу по изучению раздела курса, Вам необходимо ознакомиться со сведениями о целях, задачах, а также о структуре раздела и академическим календарем.

Учебно-методические материалы разработаны с учетом модульной структуры курса.

Студентам при работе над темой рекомендуется:

1. Внимательно прочитать содержание программы.

2. Изучить материал по темам модуля.

3. Выполнить необходимые практические задания.

4. Ответить на вопросы для самопроверки.

3.2.2 Рекомендации по работе над модулями

Модуль 1.

Тема 1. Основы молекулярно-кинетической теории.

Прочитайте текст: [1] c. 20-32; . При изучении материала выделите основные понятия, формулы, физические величины. Обратите внимание на два метода описания явлений в физике: статистический и термодинамический. В случае необходимости задайте вопросы преподавателю на форуме. После изучения темы ответьте на следующие вопросы для самоконтроля.

Электронные ресурсы:

gomilina.orc.ru/ index 1.html Интернет ресурсы по физике.

univerTV.ru/ Физика - видиолекции.

Тема 2. Температура. Энергия теплового движения молекул.

Прочитайте текст [1] c. 41 - 46. При изучении темы необходимо обратить внимание, что молекулярно-кинетическая теория рассматривает давление на стенки сосуда, в котором он находится, как результат ударов молекул о его стенки. В физике наибольшее распространение получила абсолютная шкала температур.

После изучения теоретического материала необходимо ответить на вопросы для самоконтроля.

Электронные ресурсы

сетеr.fio..ru/vio/vio_03/cd_site/articles/art_5_5htm# Открытая физика компания «Физикон»

schoolbase.ru/arcles /item / kfizike Электронный консультант по физике.

shop.top kniga.ru/books/item/in438741 Тихомирова С.А.; Яворский Б.М. «Физика 10» - М.: Просвещение, 2010 - 435.

Тема 3. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Взаимные превращения жидкостей и газов.

Термодинамические параметры, характеризующие идеальный газ, связаны между собой уравнением Менделеева-Клапейрона. Это уравнение содержит в себе в качестве частных случаев газовые законы.

Прочитать текст [1] c. 32- 35; 39 - 40.

После изучения теоретического материала необходимо ответить на вопросы для самоконтроля

Электронные ресурсы

mozg.by/content/uchebniki-po-fizike.ru/ Жолнеревич В.В. - М.:Академия, 2006,­­- 420с.

dssal.ru/elektronnye - utchebniki.html Бесплатная библиотека по физике.

Edunews.ru/artickes/ how_ phis.htm Как подготовиться к экзамену по физике.

После изучения 1 модуля необходимо пройти контрольное тестирование дистанционно. Порядок прохождения теста изложен в блоке Тест 1.

Модуль 2

Тема 4. Твердые тела.

Прочитать текст [1] c. 92- 101; При изучении темы необходимо обратить внимание на

дефекты и примеси в кристаллах. Виды полимеров и их применение. При анализе закона Гука, определите, как деформация тел связана с изменением внутренней энергии.

После изучения теоретического материала необходимо ответить на вопросы для самоконтроля.

Электронные ресурсы

zone-x.ru/showtov.asp cat_id=302786 Физика для средних специальных учебных заведений.

shop.top kniga.ru/books/item/in438741 Тихомирова С.А.; Яворский Б.М. «Физика 10» - М.: Просвещение, 2010 - 435.

Тема 5. Основы термодинамики.

Исторически начало развития термодинамики связано с изучением коэффициента полезного действия тепловых машин. Познакомьтесь с работой Карно «Размышления о движущей силе огня».

Прочитать текст [1] c. 47-60. Изучить законы термодинамики. Необходимо акцентировать свое внимание на применение первого закона термодинамики к различным процессам.

Важнейшей задачей науки и техники является повышение КПД, предложите свои варианты в конкретных устройствах. Какие мероприятия по охране окружающей среды вы можете предложить при использовании тепловых двигателей.

После изучения теоретического материала необходимо ответить на вопросы для самоконтроля.

Электронные ресурсы

college.ru/teacher/virt_hractice.html Интерактивный компьютерный курс. . shop top kninga.ru/books/item/in/115629 СамойленкоП.И.; СергеевА.В. «Физика» - М.: Академия, 2006, - 400с

После изучения 2 модуля необходимо пройти контрольное тестирование дистанционно. Порядок прохождения теста изложен в блоке Тест 2.

3.3 Рекомендации по выполнению практических заданий

После изучения учебных материалов необходимо выполнить практические и лабораторные работы:

• Задание к практической работе № 1. «Измерение давления газа манометрами». На каждой карточке изображены два сосуда, соединенные между собой в нижней части трубкой с краном. Жидкостный ртутный манометр указывает давление в левом сосуде, а металлический манометр - давление в правом сосуде. Открытые манометры показывают разницу между давлением газа в сосуде и давлением окружающего атмосферного воздуха.

• Задание к практической работе № 2. «Мензурки». В этой работе вопросы связаны с калориметрическими расчетами, учитывающие неизбежное рассеивание внутренней энергии.

• Задание к лабораторной работе № 1. «Опытная проверка закона Гей-Люссака».Для проведения лабораторной работы использовуйте мензурки из домашней или автомобильной аптечки.

• Задание к лабораторной работе №2. «Капиллярные явления». Можно использовать капиллярные трубки любого сечения.

• Задание к лабораторной работе №3. «Определение поверхностного натяжения жидкости». Определите коэффициент двумя способами. В работе желательно использовать различные жидкости.

• Задание к лабораторной работе №4. «Измерение модуля Юнга резины».

По всем практическим и лабораторным работам результаты разместить на учебном сайте. Каждому студенту написать 2 рецензии на работы студентов-соседей в списке группы и разместить их на форуме.

Указания по выполнению практических и лабораторной работ изложены в методических указаниях.

3.4 Вопросы для самоконтроля

Эти вопросы будут задаваться в чате при защите индивидуальных работ.

Тема 1

1. Какие измерения надо произвести, чтобы оценить размеры молекулы.

2. Перечислите известные вам доказательства существования молекул, не упомянутые в тексте.

3. Чему равно количество вещества в литре воды?

4. Сколько молекул в двух молях воды?

5. Почему ваше тело не совершает броуновского движения?

6. Почему два свинцовых бруска с гладкими чистыми срезами слипаются, если их прижать друг к другу?

7. Газ способен к неограниченному расширению. Почему существует атмосфера Земли?

8. Почему сжать жидкость почти так же трудно, как и твердое тело?

9. В чем состоит идеальность модели реального газа?

10. Газ оказывает давление на стенки сосуда. А давит ли один слой газа на другой?

11. Почему молекула при соударении со стенкой действует на нее с силой, пропорциональной скорости, а давление пропорционально квадрату скорости?

12. Откуда в основном уравнении молекулярно-кинетической теории появляется множитель 1/3?

13. Как средняя кинетическая энергия молекул зависит от концентрации и давления газа на стенки сосуда?

Тема 2

1. Какие величины характеризуют состояния макроскопических тел?

2. Каковы отличительные признаки состояния теплового равновесия?

3. Приведите примеры установления теплового равновесия тел, окружающих вас в повседневной жизни?

4. В чем преимущество использования разреженных газов для измерения температуры?

5. На каком основании можно предполагать существование связи между температурой и кинетической энергией молекул?

6. Как связаны объем, давление и число молекул различных газов в состоянии теплового равновесия?

7. Чему равен абсолютный нуль температуры по шкале Цельсия?

8. Какие преимущества имеет абсолютная шкала температур по сравнению со шкалой Цельсия?

9. Каков физический смысл постоянной Больцмана? Можно ли ее определить теоретически, не обращаясь к эксперименту?

10. Как зависит от температуры средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул?

11. Почему концентрация молекул всех газов одна и та же при одинаковых давлениях и температурах?

12. Каков физический смысл абсолютного нуля температуры?

13. Как изменится средняя квадратичная скорость движения молекул при увеличении температуры в 4 раза?

Тема 3

1. Что называют уравнением состояния?

2. Какая форма уравнения состояния содержит больше информации: уравнение Клапейрона или Менделеева-Клапейрона?

3. Почему газовая постоянная называется постоянной?

4. Как можно осуществить изотермический, изобарный, изохорный процессы?

5. Дайте качественное объяснение газовых законов на основе молекулярно-кинетической теории?

6. Почему давление насыщенного пара не зависит от объема?

7. Можете ли вы привести примеры динамического равновесия, подобного динамическому равновесию насыщенного пара и жидкости?

8. Почему температура кипения возрастает с увеличением давления?

9. Почему для кипения существенно повышение давления насыщенного пара в пузырьках, а не повышение давления имеющегося в них воздуха?

10. Как заставить закипеть жидкость, охлаждая сосуд?

11. Дайте определение относительной влажности воздуха?

12. Определяется ли разность показаний термометров психрометра только относительной влажностью или, кроме того, зависит от конструкции прибора?

Тема 4

1. Все ли кристаллические тела анизотропны?

2. Древесина анизотропна. Является ли она кристаллическим телом?

3. Приведите примеры монокристаллических и поликристаллических тел, не упомянутых в тексте?

4. Приведите примеры упругих и пластических деформаций, не упомянутых в тексте?

5. Можно ли подвергнуть деформации сдвига части вашего тела?

6. В чем сходство и в чем различие между напряжением в твердом теле и давлением в жидкости?

7. От чего зависит коэффициент жесткости в законе Гука?

8. Что такое предел прочности?

9. Чем отличаются упругие материалы от пластичных?

Тема 5

1. Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю и обратно в технике и быту?

2. От каких физических величин зависит внутренняя энергия тела?

3. Моль, какого газа (водорода или гелия) имеет большую внутреннюю энергию при одинаковой температуре газа?

4. Почему газы при сжатии нагреваются?

5. Положительную или отрицательную работу совершают внешние силы при изотермическом процессе?

6. Что называют количеством теплоты?

7. От чего зависит удельная теплоемкость вещества?

8. Что называют удельной теплотой парообразования, конденсации?

9. В каких случаях количество теплоты отрицательно?

10. В каком случае изменение внутренней энергии отрицательно?

11. Почему можно говорить, что система обладает внутренней энергией и нельзя сказать, что она обладает запасом определенного количества теплоты или работы?

12. Приведите примеры адиабатных процессов.

13. Как запишется уравнение теплового баланса для системы 3 тел?

14. Назовите наиболее типичные необратимые процессы.

15. Если бы реки потекли вспять, означало бы это нарушение закона сохранения энергии?

16. Какова роль нагревателя, холодильника, и рабочего тела в тепловом двигателе?

17. Почему в тепловых двигателях нельзя использовать внутреннюю энергию океана?

18. Каковы основные направления борьбы с отрицательными последствиями применения тепловых двигателей

3.5 Пример контрольного теста.

3.6 Академический календарь раздела " Молекулярно кинетическая теория жидкостей и газов, тепловые явления"

Примечание:

Л - самостоятельное изучение лекционного материала

ЛР - самостоятельное выполнение лабораторной работы

ПР - самостоятельное выполнение практической работы

СР - самостоятельная работа

Ф - форум

ЭК - индивидуальные электронные консультации

З - защита индивидуальных работ в чате

Т - промежуточное тестирование

Цели изучения темы и продолжительность работы

Цель изучения темы: к концу прохождения темы студенты должны приобрести необходимые знания по основам молекулярно-кинетической теории газов. Тепловым явлениям.

Изучить основные понятия, решать задачи, научиться проводить поиск учебной литературы, оформлять практические и лабораторные работы.

.

Задачи:

1. научиться проводить поиск учебной литературы,

2. изучить основные понятия,

3. решить задачи по темам,

4. выполнить практические и лабораторные работы.

Продолжительность работы с фрагментом - 360 минут. Продолжительность работы по теме 52 часа.

Глава 4

Фрагмент учебно - методического обеспечения

4.1 Методические рекомендации по изучению темы

1. Изучите учебный материал по теме (чтение учебника, пособий, руководств, рекомендаций, изучение нормативной документации, лекций)

2. Выполнить лабораторные работы по теме.

3. Выполнить практические задания.

4. Ответьте на контрольные вопросы по темам.

5. Выполните тестовые задания по темам.

4.2 Теоретический материал по теме

Тема 1. Основы молекулярно-кинетической теории.

Основные положения молекулярно-кинетической теории

Раздел физики, изучающий зависимости строения и физических свойств тел от характера движения и взаимодействия между частицами, из которых состоят тела, называют молекулярной физикой.

В основе теории лежат три положения, подтвержденные экспериментально и теоретически.

1.Все тела состоят из отдельных частиц - атомов, молекул, в состав которых входят еще более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны). Строение любого вещества дискретно.

2 .Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении.

3 .Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия - притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Молекулярные силы.

Между молекулами одновременно действуют силы притяжения и отталкивания, называемые молекулярными силами. Способность твердых тел сопротивляться растяжению, особые свойства поверхности жидкости приводят к выводу, что между молекулами существуют силы притяжения.

Малая сжимаемость плотных газов и особенно жидкостей и твердых тел означает, что между молекулами существуют силы отталкивания. В твердых и жидких телах силы отталкивания и притяжения действуют одновременно. Если бы этого не было, то тела не были бы устойчивыми: либо разлетелись бы на частицы, либо слиплись. Силы межмолекулярного взаимодействие по своей природе являются силами электромагнитного происхождения.

Строение атомов и молекул.

Атомы, входящие в состав молекул, представляют собой сложную систему, состоящую из заряженных частиц - электронов, имеющих отрицательный заряд, и ядер, заряд которых положительный. Электроны около ядра в атоме удерживаются кулоновскими силами притяжения разноименных зарядов. Атом в целом электрически нейтрален. Молекулы состоят из атомов. Силы, удерживающие вместе атомы в молекуле, по своей природе тоже электрические, однако возникновение их несколько сложнее. Строгая теория молекулярных сил дается с позиции квантовой механики.

Тема 2. Температура. Энергия теплового движения молекул.

Температура характеризует степень нагретости тела. Для ее измерения создан прибор, термометр. В его устройстве использовано свойство тел изменять объем при нагревании или охлаждении.

Тепловым равновесием называют состояние при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными

Тема 3. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Взаимные превращения жидкостей и газов.

Тема 4. Твердые тела.

………………………………………………………

Тема 5. Основы термодинамики.

………………………………………………………

4.3 Основная литература

1. Дмитриева В.Ф. «Физика»: Учебник для образовательных учреждений среднего профессионального образования.- М.: Академия, 2003. - 461с.

Интернет-ресурсы

1. Электронные учебники

1.1. сетеr.fio..ru/vio/vio_03/cd_site/articles/art_5_5htm# Открытая физика компания «Физикон»

1.2. mozg.by/content/uchebniki-po-fizike.ru/ Жолнеревич В.В. - М.:Академия, 2006,­­- 420с.

2.1. shop top kninga.ru/books/item/in/115629 СамойленкоП.И.; СергеевА.В. «Физика» - М.: Академия, 2006, - 400с.

2.2. shop.top kniga.ru/books/item/in438740 Кабардина С.И.; Кабардин О.Ф. «Физика» - М.: Просвещение, 2010 - 431.

2.3. shop.top kniga.ru/books/item/in438741 Тихомирова С.А.; Яворский Б.М. «Физика 10» - М.: Просвещение, 2010 - 435.

3. Форумы, рассылки

3.1. schoolbase.ru/arcles /item / kfizike Электронный консультант по физике.

3.2. gomilina.orc.ru/ index 1.html Интернет ресурсы по физике.

3.3. dssal.ru/elektronnye - utchebniki.html Бесплатная библиотека по физике.

4. Сайты

4.1. college.ru/ открытый колледж сервер.

4.2. college.ru/teacher/virt_hractice.html Интерактивный компьютерный курс.

4.3. univerTV.ru/ Физика - видиолекции.

4.4. pazumeika.ru/examen/Lit VUZ/physvuz.htm Удачный задачник для поступающих в ВУЗ.

4.5. Edunews.ru/artickes/ how_ phis.htm Как подготовиться к экзамену по физике.

4.6. zone-x.ru/showtov.asp cat_id=302786 Физика для средних специальных учебных заведений.

4.4 Практические задания.

4.4.1 Измерение давления газа манометрами.

Методические указания:

На карточке изображены два сосуда, соединенные между собой в нижней части трубкой с краном. Жидкостный ртутный манометр указывает давление газа в левом сосуде, а металлический манометр - давление в правом сосуде.

Жидкостные манометры делятся на открытые и закрытые. Открытые показывают разницу между давлением газа в сосуде и давлением окружающего атмосферного воздуха.

Закрытые манометры сразу дают величину давления в сосуде независимо от внешнего атмосферного давления.

Металлические манометры тоже разделены на два типа: «ати» и «ата». Надпись над манометром «ати» условно обозначает «избыточное давление», т.е. Величину, на которую давление воздуха в сосуде превышает атмосферное давление. Надпись «ата» указывает истинное значение давления газа без учета внешнего атмосферного.

Обычно давление на металлических манометрах измеряется в технических атмосферах:

1ат = 100 000 Н/м² = 10⁵ Па

Жидкостные манометры в миллиметрах ртутного столба:

1 мм.рт.ст. = 133 Н/м² = 133 Па

Температуру, при которой находятся оба газа в сосудах считать равной 27⁰С.

Разность уровней ртути в жидкостном манометре определяем сложением величины от 0 до максимального значения и от 0 до минимального значения.

Для расчета абсолютного давления газа, которое установится в сосуде, используйте уравнение изотермического процесса:

P₁V₁+P₂V₂=P(V₁+V₂)

При выполнении 7 задания запишите уравнение изохорного процесса. Массу газа вычислите через давление Менделеева-Клапейрона.

Ответьте на вопросы:

1. Определите цену деления шкалы у каждого вида манометров.

2. Какова разность уровней ртути в жидкостном манометре?

3. Вычислите абсолютное давление газа в сосуде V₁, выразив его в атмосферах. Принимать 1 ат = 10⁵ Н/м² и 1 мм.рт.ст. = 133 Н/м².

4. Определите по шкале манометра абсолютное давление в сосуде объемом V₂.

5. Вычислите, какое абсолютное давление установится в сосудах, если открыть в трубе, соединяющей эти сосуды, краны. Считать при этом процессе изотермическим.

6. На каких уровнях установится ртуть и на каком делении шкалы металлического манометра расположится стрелка при открытом кране?

7. Какое давление будет иметь газ в сосуде V₂ при охлаждении его до -73⁰С? Начальная температура и объем указаны в карточке.

8. В сосуде V₂ находится воздух. Определите его массу, принимая молекулярную массу воздуха равной µ=30 г/моль, а универсальную постоянную R= 8,31*10³ Дж/(град*кмоль).

4.4.2 Мензурки

Методические указания:

На левой части карточки изображены измерительные цилиндры (мензурки), в которых находится определенный объем керосина.

На правой дано изображение той же мензурки с погруженным в керосин телом.

Тело пред погружением имело температуру 100⁰С. На карточках указана масса стеклянной мензурки и род вещества, из которого сделано тело.

Для выполнения задания 6 запишите уравнение теплового баланса с учетом рассеивания энергии, составляющее 10%, массу мензурки.

90%Q = Q₁ + Q₂

Q - количество теплоты отдает тело;

Q₁ - количество теплоты идет на нагрев тела;

Q₂ - количество теплоты идет на нагрев мензурки.

Количество теплоты, которое может выделяется при полном сгорании керосина рассчитать с учетом удельной теплоты сгорания топлива (керосин 46 мДж/кг)

Q=q*m

Для выполнения 8 задания составьте уравнение теплового баланса с учетом КПД установки 40%, и насыщения воды 5%.

40%Q = Q₁ + 5% Q₂

Q - количество теплоты выделяет керосин;

Q₁ - нагрев воды от 20⁰ до 100⁰С;

Q₂ - испарение воды при температуре 100⁰С.

При выполнении 9 задания составить уравнение теплового баланса с учетом КПД нагревателя 40%. Нагрев олова, взятого при температуре 20⁰С, его плавление, и нагрев до 270⁰С. Удельную теплоемкость смотреть в таблице «Тепловые свойства веществ». 1 калория (1 калл = 4,2 Дж).

При расчете мощности работы эл. двигателя надо учесть КПД:

N*η = A/t A=Q

А - работа электродвигателя;

Q - количество теплоты выделяющееся при сгорании топлива.

При удерживании тела внутри керосина в состоянии покоя, надо рассмотреть силы действующие на тело, начертить чертеж.

Ответить на вопросы:

1. Цена деления шкалы мензурки.

2. Определите объем керосина в мензурке.

3. Каков объем тела, опущенного в керосин?

4. Вычислите массу керосина в мензурке.

5. Вычислите массу тела (род вещества указан в карточке).

6. Какую температуру будут иметь оба вещества после погружения тела в жидкость, если керосин имел 20⁰С, а тело 100⁰С? (Учесть массу мензурки и рассеивания энергии, составляющей 10% от того количества теплоты, которое передается твердым телом).

7. Какое количество теплоты может выделится при полном сгорании керосина?

8. Сколько воды от 20 до 100⁰С может нагреть этим керосином в установке КПД 40%, если при этом нагревании 5% воды испаряется?

9. Какое количество олова, взятого при 20⁰С, можно расплавить и нагреть до 270⁰С, сжигая данное количество керосина при КПД нагревателя 40%? (Полагать удельную теплоемкость в твердом и жидком состоянии одинаковой.)

10. На сколько времени хватит данного в мензурке керосина для беспрерывной работы двигателя дизеля мощностью 20 кВт, если его КПД 25%?

11. Что покажет динамометр, удерживающий данное тело в середине керосина? (Принимать g = 10м/сек².)

12. Вычислите показания динамометра при движении всей системы вверх с постоянным ускорением 4 м/сек².

13. Вычислите показания динамометра при движении всей системы вниз с постоянным ускорением 4 м/сек².

14. Что покажет динамометр в состоянии невесомости:

15. а) при покое или равномерном движении всей системы относительно корпуса космического корабля;

16. б) при движении с ускорением 4 м/сек² вдоль линии тело - динамометр?

17. Чему равны силы тяжести и вес тела, опущенного в керосин на космическом корабле, движущемся по орбите вокруг Земли на расстоянии 300 км?

4.5 Как определить погрешность изменений

Выполнение работ связано с изменением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.

Изменение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений.

Прямое изменение - определение значения физической величины непосредственно средствами измерений.

Косвенное изменение - определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми изменениями.

Введем следующие обозначения:

А, В, С, ... - Физические величины.

А_пр - приближенное значение физической величины. т. е. Значение, полученное путем прямых или косвенных измерений.

∆А - абсолютная погрешность измерения физической величины.

ε - относительная погрешность измерения физической величины, равна :

%

∆_иА - абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (погрешность средств изменения; см. таб.1).

∆_оА - абсолютная погрешность отчета (получающееся от недостаточно точного отсчитывания показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени - цене деления секундомера или часов.

Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений

№ п/п

Средства измерений

Предел измерения

Цена деления

Абсолютная инструментальная погрешность

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

Линейка

ученическая

чертежная

инструментальная (стальная)

демонстрационная

Лента измерительная

Измерительный цилиндр

Штангенциркуль

Микрометр

Динамометр учебный

Весы учебные

Секундомер

Барометр-анероид

Термометр лабораторной

Амперметр школьный

Вольтметр школьный

До 50 см

До 50 см

20 см

100 см

150 см

до 250 мл

150 мм

25 мм

4 Н

200 г

0-30 мин

720-780 мм рт. ст.

0-100⁰

2 А

6 В

1 мм

1 мм

1 мм

1 см

0,5 см

1 мл

0,1 мм

0,01 мм

0,1 Н

-

0,2 с

1 мм рт. ст.

1⁰С

0,1 А

0,2 В

±1 мм

±0,2 мм

±0,1 мм

±0,5 мм

±0,5 мм

±1 мл

±0,05 мм

±0,005 мм

±0,05 Н

±0,01 г

±1 с за 30 мин

±3 мм рт. ст.

±1⁰С

±0,05 А

±0,15 В

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отчета при отсутствии других погрешностей:

∆А=∆_иА+∆_оА.

Абсолютную погрешность измерения обычно округляют до одной значащей цифры (∆А=0,17=0,2); числительное значение результата измерений округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности ( А=10,332=10,3).

Результаты повторных измерений физической величины А, проведенных при одних и тех же контролируемых условиях и при использовании достаточно чувствительных и точных (с малыми погрешностями) средств измерения, отличающиеся друг от друга.

В этом случае А_пр находят как среднее арифметическое значение всех измерений, а ∆А (ее в этом случае называют случайной погрешностью) определяют методами математической статистики.

В школьной лабораторной практике такие средства измерения практически не используются. Поэтому при выполнении лабораторных работ необходимо определять максимальные погрешности измерения физических величин. При этом для получения результата достаточно одного изменения.

Относительная погрешность косвенных измерений определяется по формуле ∆А=А_прε (ε выражается десятичной дробью).

Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений.

№ п/п

Формула физической величины

Формула относительной погрешности

1

2

А=ВСD

3

4

A=B+C

2. О классе точности электроизмерительных приборов

Для определения абсолютной инструментальной погрешности прибора надо знать его класс точности. Класс точности γ_пр измерительного прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная инструментальная погрешность ∆_иА от всей шкалы прибора (А_max):

%

Класс точности указывают на шкале прибора или в его паспорте (знак % при этом не пишется). Существуют следующие классы точности электроизмерительных приборов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Зная класс точности прибора (γ_пр) и всю его шкалу (А_max), определяют абсолютную погрешность (∆_иА) измерения физической величины А этим прибором:

3. Как сравнить результаты измерений

1. Записать результаты изменений в виде двойных неравенств:

А_1пр - ∆А₁ < А_1пр <А_1пр + ∆А₁,

А_2пр - ∆А₂ < А_2пр <А_2пр + ∆А₂.

2. Сравнить полученные интервалы значений (см. рис.): если интервалы не перекрываются, то результаты неодинаковы, если перекрываются - одинаковы при данной относительной погрешности.

4. Как оформлять отчет о проделанной работе

9. Лабораторная работа №...

10. Наименование работы

11. Цель работы

12. Чертеж, если требуется

13. Формулы исходных величин и их погрешностей

14. Таблица с результатами измерений и вычислений

15. $Относительный результат, вывод и пр. (согласно цели работы).

5. Как записать результат измерения

А=А_пр ± ∆А ε=...%

4.6. Лабораторные работы

4.6.1. ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА ГЕЙ-ЛЮССАКА

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений

На рисунке показано оборудование, необходимое для проведения работы: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8-10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой (t≈60°C); стакан с водой комнатной температуры; пластилин.

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства V₁/V₂=T₁/T₂. Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3-5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис. а). В этом случае объем воздуха V₁ равен объему стеклянной трубки, а температура - температуре горячей воды Т₁. Это - первое состояние. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рис. б), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем воздуха в ней станет равным V₂< V₁, а давление р=р_атм-pgh. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выравняются (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре Т₂ окружающего воздуха. Отношение о6ъемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине . Поэтому в работе следует сравнить отношения l₁/l₂ и Т₁/Т₂.Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура - термометром.

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений (инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы).

Измерено

Вычислено

l₁, мм

l₂, мм

l₁, ⁰С

l₂, ⁰С

Δ_иl, мм

Δ₀l, мм

Δl, мм

Т₁, мм

Т₂, мм

Δ_иТ, К

Δ₀Т, К

ΔТ, К

ε₁, %

Δ₁

ε₁, %

Δ₂

2. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Измерьте длину l₁ стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.

2. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину l₂ воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха Т₂.

3. Вычислите отношения l₁/ l₂ и Т₁/Т₂,относительные (ε₁ и ε₂) и абсолютные (∆₁ и ∆₂) погрешности измерений этих отношений по формулам

, , ,

4. Сравните отношения l₁/ l₂ и Т₁/Т₂ .

5. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

Контрольные вопросы

1. Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и после снятия пластилина вода в трубке поднимается?

2. Почему при равенстве уровней воды в стакане и в трубке давление воздуха в трубке равно атмосферному?

4.6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

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, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа А : A=σ∆S, где σ-коэффициент пропорциональности (выражается в Дж/м² или Н/м), называемый поверхностным натяжением: σ=A/∆S, или σ=F/l, где F - сила поверхностного натяжения, l- длина границы поверхностного слоя жидкости.

Поверхностное натяжение можно определить различными методами.

I Метод отрыва капель.

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести ее Р=m_кg равна силе поверхностного натяжения, граница свободной поверхности - окружность шейки капли (АВ на рис) следовательно, F=m_кg, l=πd_ш.к; σ= m_кg/( πd_ш.к). Опыт показывает, что d_ш.к=0,9d_б. где d_б - диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование. 1. Бюретка с краном. 2. Весы учебные с разновесом. 3. Сосуд с водой. 4. Сосуд для сбора капель. 5. Микрометр. 6. Набор игл.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать установку по рис, а и наполнить бюретку водой.

2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствующей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром повторить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться, взять их среднее значение.

3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

4. Подставить под бюретку сосуд, в котором была вода, и, плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).

5. Под бюретку с отрегулированными каплями ,подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.

6. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

7. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 6.

8. Вычислить поверхностное натяжение по формуле

9. Опыт повторить 1-2 раза с другим количеством капель.

10. Найти среднее значение σ_ср; сравнить .полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.

11. Определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Методические рекомендации.

1. Для опыта рекомендуется использовать дистиллированную или хорошо прокипяченную воду.

2. В качестве сосуда с водой удобно взять мензурку, имеющую отлив.

3. Чтобы при падении капель вода в сосуде не разбрызгивалась, конец трубки расположите близко от сосуда.

4. При .повторном измерении взять 150-170 капель в зависимости от диаметра узкого конца бюретки.

5. Для проведения опыта можно использовать воронку (или трубку) с пипеткой; стеклянный резервуар пипетки соединить с воронкой (трубкой) резиновой трубкой с зажимом.

II. Метод подъема воды или другой смачивающей жидкости в капиллярах.

Поднятие смачивающей жидкости в капиллярной трубке над уровнем жидкости в большом сосуде происходит в результате того, что поверхность жидкости стремится сократиться, ,поэтому на жидкость оказывается дополнительное давление ∆p=2σ/R, где R - радиус капилляра. Смачивающая жидкость в капилляре поднимается на такую высоту, при которой вес ее столбика над уровнем жидкости в большом сосуде уравновесится силой дополнительного давления: mg=∆pS, или pShg=2σS/R, откуда h=2σ/ (Rpg) , где р - плотность жидкости.

Оборудование. 1. Стакан с водой. 2. Две капиллярные трубки различного сечения. 3. Набор игл. 4. Микрометр. 5. Масштабная линейка. 6. Лупа.

Порядок выполнения работы.

1. Опустить в стакан с водой поочередно каждую из двух капиллярных трубок.

2 Измерить высоту подъема воды в капиллярной трубке над поверхностью воды в стакане.

3. Подобрать иглу требуемой толщины, ввести ее в капилляр и отметить на ней место, до которого она вошла в капилляр. Микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте.

4. Произвести вычисления поверхностного натяжения по формуле

σ=hRpg/2=hdpg/4.

5. Результаты измерений и вычислений записать в таблице.

Номер капиллярной трубки

Диаметр канала капиллярной трубки d, м

Высота подъема воды в капилляре h, м

Плотность воды р, кг/м³

Поверхностное натяжение σ, Н/м

Среднее значение поверхностного натяжения σ_ср, Н/м

Табличное значение поверхностного натяжения σ_таб, Н/м

Относительная погрешность δ,%

6. Сравнить результаты с табличным значением поверхностного натяжения и определить относительную ,погрешность методом оценки результатов измерений.

Методические рекомендации.

1. Капиллярные трубки пронумеровать.

2. Предварительно смочить внутреннюю, поверхность капиллярной трубки исследуемой жидкостью, а затем провести опыт

3. Высоту поднятия жидкости измерять по нижней части мениска в капилляре. Для удобства отсчета наблюдение производить через лупу.

4. Относительную погрешность определить по формуле

5. Исследовать зависимость поверхностного натяжения от температуры (табл.).

Поверхностное натяжение воды при различных температурах

Температура Т, К

Поверхностное натяжение σ, 10^-3 Н/м

Температура Т, К

Поверхностное натяжение σ, 10^-3 Н/м

283

288

293

74,0

73,3

72,5

298

303

71,8

71,0

Контрольные вопросы.

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой - с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

6. Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?

4.6.3. ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ (МОДУЛЯ ЮНГА) РЕЗИНЫ·

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений

Установка для измерения модуля Юнга резины показана на рисунке, а, где 1- штатив с муфтой и лапкой, 2- резиновый шнур (например, от детской скакалки), 3- грузы.

Модуль Юнга вычисляют по формуле

,

полученной из закона Гука. Здесь Е - модуль Юнга; F - сила упругости, возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; S - площадь поперечного сечения деформированного шнура; l_о - расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре (рис. б); l - расстояние между этими же метками на растянутом шнуре (рис. в). Если поперечное сечение шнура имеет форму круга, то площадь сечения выражается через диаметр шнура:

Окончательно формула для определения модуля Юнга имеет вид:

Вес грузов определяется динамометром, диаметр шнура. - штангенциркулем, расстояние между метками А и В - линейкой. Относительная и абсолютная погрешности измерений модуля Юнга определяются по формулам

Погрешностью π=3,14 можно пренебречь.

Подготовка к проведению работы

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений (инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы).

Измерено

Вычислено

l₀, м

l, м

D, м

F, H

Δ_иl, м

Δ₀l, м

Δl, м

Δ_иD, м

Δ₀D, м

ΔD, м

Δ₀Т, К

ΔТ, К

Δ_иF_, H

Δ₀F_, H

ΔF, H

E, Па

ε, %

ΔE, Па

2. Соберите экспериментальную установку.

3. Нанесите карандашом метки на резиновом шнуре.

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Измерьте расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре.

2. Подвесьте грузы к нижнему концу шнура, предварительно определив их общий вес. Измерьте расстояние между рисками на шнуре и диаметр шнура в растянутом состоянии.

3. Вычислите модуль Юнга резины: относительную и абсолютную погрешности измерения модуля Юнга.

4. Запишите полученный результат: E=E_пр±∆E, ε:= ... %. Сравните этот результат с табличным.

Контрольный вопрос.

Почему модуль Юнга выражается столь большим числом?

Глава 5

Спавочные данные

5.1 Приложение 1. Основные формулы:

5.1.1 Основы МКТ

Изучали:

Молекулы.

Относительная молекулярная масса.

Молярная масса.

Постоянная Авогадро

Масса молекулы

Число молекул

Количество вещества

Свойства газов, жидкостей, твердых тел.

Давление

Плотность

Давление газа.

Смачивание, испарение, конденсация

Влажность.

Кристаллические и аморфные тела.

Новое:

Идеальный газ. Давление газа.

- концентрация.

- постоянная Больцмана.

Макроскопические параметры

Тепловое равновесие, температура.

Закон Авогадро.

Средняя квадратичная скорость.

- универсальная газовая постоянная.

Уравнение Менделеева-Клапейрона.

Уравнение Клапейрона

Изопроцессы

а) T=Const (изотермический), PV=Const - закон Бойля-Мариотта.

б) P=Const (изобарный) - закон Гей-Люссака.

в) V=Const (изохорный) - закон Шарля

Насыщенный пар, давление. Влажность. Анизотропия

Главное:

1. Основные положения МКТ

2. Моль. Молярная масса

3. Количество вещества

4. Идеальный газ

5. Давление газа

6. Тепловое равновесие

7. Температура

8. Абсолютный нуль температуры

9. Закон Авогадро

10. Уравнение Менделеева-Клапейрона

11. Уравнение Клапейрона

12. Газовые законы

13. Насыщенный пар

14. Давление насыщенного пара

15. Относительная влажность воздуха

16. Анизотропия кристаллов

5.1.2 Термодинамика

Изучали: Внутренняя энергия, способы изменения. Теплопередача, виды: теплопроводность, конвекция, излучение. Количество теплоты

Удельная теплоемкость

Удельная теплота плавления

Удельная теплота парообразования.

Удельная теплота сгорания топлива.

I закон термодинамики

Тепловые двигатели, КПД.

Новое:

Внутренняя энергия газа.

Работа газа при изобарном процессе.

Работа внешней силы.

Закон сохранения энергии.

I закон термодинамики

Q=0 - адиабатный процесс.

Уравнение теплового баланса

.

II закон термодинамики.

Основные части теплового двигателя. КПД.

Главное:

1. Внутренняя энергия, способы изменения.

2. Виды теплопередачи.

3. Работа газа.

4. Удельная теплоемкость.

5. Удельная теплота плавления.

6. Удельная теплота парообразования.

7. Удельная теплота сгорания топлива.

8. Закон сохранения энергии.

9. I закон термодинамики.

10. II закон термодинамики.

11. Тепловые двигатели.

12. КПД теплового двигателя.