Решебник по физике 8 класс Перышкин Лабораторные работы

Цель работы: Изучить устройство калориметра. Сравнить скорости теплообмена с внешней средой горячей воды в калориметре и в стакане.

Приборы и материалы: Измерительный цилиндр, стакан, калориметр, термометр, сосуд с горячей водой, часы.

Налили в калориметр и в стакан по 100 мл горячей воды. Измеряем начальную температуру воды в обоих случаях и записываем результат с учетом абсолютной погрешности в таблицу.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы термометра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления термометра равна

С = \(\frac{100 - 90}{10}\) = 1(°С).

Наблюдаем за изменением температуры воды в калориметре и в стакане в течение 10 минут и измеряем конечную температуру воды в сосудах.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы выяснили, что в стакане температура воды охлаждается быстрее, чем в калориметре. Этому способствует особенности конструкции калориметра, так как он состоит из двух сосудов, помещённых один в другой так, чтобы их разделял слой воздуха. Внутренний сосуд ставят на деревянные подставки. Внешний иногда снабжают крышкой. Такая конструкция уменьшает теплообмен содержимого с окружающей средой.

Цель работы: Сравнить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной водой при теплообмене.

Приборы и материалы: Измерительный цилиндр, калориметр, стакан, термометр, сосуд с горячей водой, сосуд с холодной водой.

Налили в стакан 100 мл = 0,0001 м³ холодной воды, а в калориметр 100 мл = 0,0001 м³ горячей воды. Температура холодной воды t₁ = 23°С, температура горячей воды t₂ = 71°С.

Холодную воду переливаем в калориметр. Температура смеси t = 46°С.

Масса воды по формуле m = ρV равна m = 1000 × 0,0001 = 0,1 (кг).

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы термометра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления термометра равна

С = \(\frac{100 - 90}{10}\) = 1(°С).

Рассчитываем количество теплоты, отданное горячей водой (с_в = 4200 \(\frac{Дж}{кг\ \cdot \ {^\circ}С}\)) при остывании до температуры смеси: Q₂ = с_вm(t₂ – t) = 4200 × 0,1 × (71 - 46) = 10500 (Дж).

Рассчитываем количество теплоты, полученное холодной водой (с_в = 4200 \(\frac{Дж}{кг\ \cdot \ {^\circ}С}\)) при нагревании до температуры смеси: Q₁ = с_вm(t – t₁) = 4200 × 0,1 × (46 - 23) = 9660 (Дж).

Потери теплоты: Q₂ – Q₁ = 10500 – 9660 = 840 (Дж).

Вывод: в ходе лабораторной работы мы сравнили количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной водой при теплообмене. По закону сохранения энергии Q₁ должно быть равно Q_{2 ,} однако в связи с потерями, равными 840 Дж, потраченными на нагревание самого калориметра и окружающего воздуха, количество теплоты Q₁, полученное холодной водой, оказалось меньше количества теплоты Q₂, отданного горячей водой.

Цель работы: Определить удельную теплоемкость вещества.

Приборы и материалы: Металлический цилиндр на нити, измерительный цилиндр, калориметр, термометр, весы учебные с набором разновесов (электронные весы), фильтровальная бумага или бумажная салфетка, сосуд с горячей водой, стакан с холодной водой.

Налили в калориметр холодную воду массой m = 150 г = 0,15 кг. Температура воды t₁ = 26°С.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы термометра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления термометра равна

С = \(\frac{100 - 90}{10}\) = 1(°С).

Масса цилиндра равна m₂ = 196,5 г = 0,197 кг.

Опускаем цилиндр в горячую воду и ждем, пока он нагреется, то есть придет в состояние теплового равновесия с водой. Затем измеряем температуру воды, это и будет температура цилиндра t₂ = 58°С.

Опускаем цилиндр в калориметр и ждем некоторое время, чтобы вода немного нагрелась от цилиндра. Общая температура воды и цилиндра t = 29 °С.

Теперь, зная удельную теплоемкость воды (с_в = 4200 \(\frac{Дж}{кг\ \cdot \ {^\circ}С}\)) и ее массу (m = 0,15 кг) , рассчитываем количество теплоты Q_пол, полученное холодной водой при нагревании: Q_пол = с_вm₁(t – t₁) = 4200 × 0,15 × (29 – 26) = 1890 (Дж).

Пренебрегая тепловыми потерями, определяем количество теплоты Q_отд, отданное металлическим цилиндром при остывании: Q_отд = Q_пол = сm₂(t₂ – t).

Находим удельную теплоемкость вещества, из которого изготовлен цилиндр:

c = \(\frac{Q_{отд}}{m\ \times (t_{2} - t)}\) = \(\frac{1890}{0,197\ \times (58 - 29)}\) ≈ 331 (\(\frac{Дж}{кг\ \cdot \ {^\circ}С}\)).

По таблице 1 смотрим, что это за вещество.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы определили удельную теплоемкость вещества, и что это за вещество.

Цель работы: Определить относительную влажность воздуха в классной комнате.

Приборы и материалы: Термометр, кусочек ткани, сосуд с водой.

Измеряем температуру воздуха в классной комнате с помощью термометра: t = 20°С.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы термометра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления термометра равна

С = \(\frac{20 - 18}{10}\) = 0,2 (°С).

Резервуар термометра обмотали кусочком ткани, смочив ее водой комнатной температуры. Определяем показание влажного термометра: t_вл = 17°С.

Разность показаний сухого и влажного термометров: Δt = t – t_вл = 20 – 17 = 3 (°С).

Пользуясь Таблицей 6, определяем относительную влажность воздуха: φ = 74 %.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы определили относительную влажность воздуха в классной комнате, она оказалась равна φ = 74 %, что не соответствует санитарным нормам для школ 40 – 60%.

Цель работы: Собрать электрическую цепь. Измерить силу тока в различных участках цепи с помощью амперметра.

Приборы и материалы: Лабораторный источник питания (ЛИП), лампа на подставке, ключ, амперметр, соединительные провода.

А) Схема электрической цепи:

Собрали цепь по схеме. Замкнули ее и измерили силу тока: I₁ = 0,2 А.

Б) Схема электрической цепи:

Собрали цепь по схеме. Замкнули ее и измерили силу тока: I₂ = 0,2 А.

В) Схема электрической цепи:

Собрали цепь по схеме. Замкнули ее и измерили силу тока: I₃ = 0,2 А.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы амперметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления амперметра равна

С = \(\frac{2 - 1}{5}\) = 0,2 (А).

Вывод: в ходе лабораторной работы мы выяснили, что если менять местами различные последовательно соединенные участки цепи, то сила тока не изменится.

Цель работы: Собрать электрическую цепь. Измерить напряжение на различных участках цепи с помощью вольтметра. Выявить закономерности последовательного соединения проводников.

Приборы и материалы: Лабораторный источник питания (ЛИП), лампа на подставке, резистор, ключ, вольтметр, соединительные провода.

1) Схема электрической цепи, содержащей источник тока, резистор, лампу и ключ, соединенные последовательно:

– +

2) Собрали электрическую цепь по схеме.

3) Подключили вольтметр так, чтобы он измерял напряжение U₁ на лампе. Обозначили положение вольтметра на схеме в этом случае V₁:

– +

4) Замкнули цепь и измерили напряжение: U₁ = 1,6 В.

5) Результаты прямых измерений с учетом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы вольтметра, записали в таблицу 16.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы вольтметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления вольтметра равна

С = \(\frac{2 - 1}{5}\) = 0,2 (В).

6) Подключили вольтметр так, чтобы он измерял напряжение U₂ на резисторе. Обозначили положение вольтметра на схеме в этом случае V₂:

– +

7) Замкнули цепь и измерили напряжение: U₂ = 0,8 В. Записали в таблицу с учетом абсолютной погрешности.

8) Подключили вольтметр так, чтобы он измерял напряжение U на участке цепи, содержащем лампу и резистор. Обозначили положение вольтметра на схеме в этом случае V:

– +

9) Замкнули цепь и измерили напряжение: U = 0,8 В. Записали в таблицу с учетом абсолютной погрешности.

Вывод: Проанализировав полученные результаты, можно сделать вывод, что при последовательном соединении элементов общее напряжение на участке цепи равно сумме напряжений на отдельных элементах этого участка: U = U₁ + U₂.

По итогам лабораторных работ № 5 и 6 можно выявить следующие закономерности:

– сила тока в последовательно соединенных проводниках одинакова:

I = I₁ = I₂.

– общее напряжение в последовательной цепи равно сумме напряжений на ее отдельных участках: U = U₁ + U₂.

Цель работы: Изучить устройство реостата. Измерить сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра. Проверить возможность изменения силы тока в цепи при помощи реостата

Приборы и материалы: Лабораторный источник питания (ЛИП), реостат, ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

1) При изменении положения ползунка (от крайнего левого до крайнего правого) его сопротивление увеличивается, так как при перемещении ползунка реостат изменяется число витков проволоки, которые подключены в цепь, а значит, изменяется длина проводника и, следовательно, его сопротивление.

2) Схема электрической цепи, показанной на рисунке 179:

– +

3) Собрали электрическую цепь по схеме. Подключили вольтметр так, чтобы он измерял напряжение на реостате:

– +

4) Поставили ползунок реостата в положение, при котором его сопротивление максимально, т.е. в крайнее правое. Замкнули цепь и сняли показания амперметра и вольтметра: I = 0,5 А, U = 1,2 В.

5) Результаты прямых измерений с учетом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений записали в таблицу 17.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы амперметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления амперметра равна:

С = \(\frac{0,5 - 0}{10}\) = 0,05 (А).

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы вольтметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления вольтметра равна:

С = \(\frac{2 - 1}{5}\) = 0,2 (В).

6) Поставили ползунок реостата приблизительно на четверть длины обмотки. Замкнули цепь и сняли показания амперметра и вольтметра: I = 0,25 А, U = В (записали во вторую строку таблицы).

Поставили ползунок реостата приблизительно на половину длины обмотки. Замкнули цепь и сняли показания амперметра и вольтметра: I = 0,35 А, U = В (записали в третью строку таблицы).

Поставили ползунок реостата приблизительно на три четверти длины обмотки. Замкнули цепь и сняли показания амперметра и вольтметра: I = 0,35 А, U = 0,4 В (записали в четвертую строку таблицы).

7) Рассчитали сопротивление реостата в каждом случае (R = \(\frac{U}{I}\)):

1. R = \(\frac{1,2}{0,5}\) = 2,4 Ом;

2. R = \(\frac{0,6}{0,25}\) = 2,4 Ом;

3. R = \(\frac{0,8}{0,35}\) = 2,3 Ом;

4. R = \(\frac{1}{0,4}\) = 2,5 Ом.

Вывод: проанализировав результаты измерений, можно сделать вывод, что сопротивление проводника не зависит от величины напряжения на его концах и силы тока в нем. Результаты сопротивления различны из-за абсолютной погрешности измерений.

Цель работы: Выявить закономерности параллельного соединения проводников.

Приборы и материалы: Лабораторный источник питания (ЛИП), два резистора, ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

1) Схема электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа, двух параллельно соединенных резисторов R₁ и R₂:

– +

Добавили в схему амперметр и вольтметр так, чтобы они измеряли напряжение на резисторе R₁:

– +

2) Собрали электрическую цепь по схеме.

3) Замкнули цепь и измерили силу тока и напряжение на резисторе R₁: I₁ = 0,5 А; U₁ = 2,2 В.

4) Результаты прямых измерений с учетом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений записали в таблицу 18.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы амперметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления амперметра равна:

С = \(\frac{1 - 0}{10}\) = 0,1 (А).

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы вольтметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления вольтметра равна:

С = \(\frac{2 - 1}{5}\) = 0,2 (В).

5) Начертили схему цепи, изменив расположение измерительных приборов таким образом, чтобы они измеряли силу тока и напряжение на резисторе R₂:

– +

6) Переподключили измерительные приборы в соответствии со схемой. Определили силу тока и напряжение на резисторе R₂: I₂ = 0,9 А; U₂ = 2,2 В.

7) Начертили схему цепи, изменив расположение измерительных приборов таким образом, чтобы они измеряли силу тока на неразветвленном участке цепи и напряжение на участке цепи, содержащем оба резистора:

– +

8) Переподключили измерительные приборы в соответствии со схемой. Определили силу тока и напряжение: I = 1,5 А; U = 2,2 В.

Вывод: проанализировав результаты измерений, можно сделать вывод, что напряжение на всех параллельно соединенных проводниках одинаково: U = U₁ = U₂, а сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов на ее отдельных участках: I = I₁ + I₂.

Цель работы: Измерить мощность и работу электрического тока в электрической лампе.

Приборы и материалы: Лабораторный источник питания (ЛИП), лампа на подставке, ключ, амперметр, вольтметр, часы, соединительные провода.

1) Схема электрической цепи последовательного соединения источника тока, ключа и лампы:

– +

Добавили в схему амперметр и вольтметр так, чтобы они измеряли силу тока в цепи и напряжение на лампе:

– +

2) Собрали электрическую цепь по схеме.

3) Измерили силу тока в цепи и напряжение на лампе: I = 0,2 А; U = 3,6 В

4) Результаты прямых измерений с учетом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы прибора, и вычислений записали в таблицу 19.

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы амперметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления амперметра равна:

С = \(\frac{0,5 - 0}{10}\) = 0,05 (А).

Абсолютная погрешность равна цене деления шкалы вольтметра, а значит, необходимо выбрать два соседних обозначенных штриха, вычесть из большего меньшее и разделить полученную разницу на количество делений между выбранными нами обозначенными штрихами. Цена деления вольтметра равна:

С = \(\frac{2 - 1}{5}\) = 0,2 (В).

5) Рассчитали мощность электрического тока в лампе по измеренным значениям силы тока и напряжения:

P = IU = 0,2 × 3,6 = 0,72 (Вт).

6) Измерили время горения лампы (t = 59 с) и рассчитали работу электрического тока в лампе:

A = Pt = 0,72 × 59 = 42,5 (Дж).

Вывод: в результате данной лабораторной работы мы определили мощность и работу тока в электрической лампе с помощью амперметра, вольтметра и часов. Полученное значение мощности совпало с мощностью, обозначенной на лампе.

Цель работы: Изучить явление электромагнитной индукции.

Приборы и материалы: Миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник тока, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, реостат, ключ, соединительные провода.

1) Подключили катушку-моток к зажимам миллиамперметра:

2) Взяли магнит и стали подводить один из полюсов магнита к катушке, наблюдая за показаниями миллиамперметра. На несколько секунд остановили магнит, а затем вновь начали приближать его к катушке, вдвигая в нее.

Во время движения магнита относительно катушки в ней возникал индукционный тока.

Во время остановки магнита относительно катушки в ней не возникал индукционный тока.

3) Вывод 1: в катушке возникал индукционный ток, когда происходило движение магнита относительно катушки.

4) Магнитный поток, пронизывающий катушку, менялся во время движения магнита; и не менялся во время его остановки.

При приближении магнита в катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется, так как поле магнита неоднородно и катушка попадает в области пол с большей или меньшей магнитной индукцией.

5) Направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита будет различным. Это можно наблюдать по стрелке прибора, которая будет отклоняться в противоположную сторону.

6) Приблизили полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы. Повторили тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.

7) Вывод 2: с увеличением скорости изменения магнитного потока, пронизывающего катушку, увеличивается и сила индукционного тока, возникающего в этой катушке.

8) Собрали установку для опыта по рисунку 181:

– +

9) Проверим, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:

а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2 – возникает (стрелка миллиамперметра отклоняется от нулевого положения);

б) при протекании через катушку 2 постоянного тока – не возникает (стрелка миллиамперметра не отклоняется от нулевого положения);

в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путем перемещения в соответствующую сторону ползунка реостата – возникает (стрелка миллиамперметра отклоняется от нулевого положения).

10) Вывод 3: магнитный поток, пронизывающий катушку 1 меняется:

а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2, так как собственное магнитное поле в цепи постоянного тока изменяется в моменты замыкания и размыкания цепи;

в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путем перемещения в соответствующую сторону ползунка реостата, так как если изменяется электрический ток, то будет изменяться и магнитное поле.