Номер №3, страница 451 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Авторы: Грачев А. В., Погожев В. А., Салецкий А. М., Боков П. Ю.
Тип: Учебник
Серия: алгоритм успеха
Издательство: Просвещение
Год издания: 2011 - 2025
Уровень обучения: базовый и углублённый
Цвет обложки: бирюзовый изображена солнечная система со всеми планетами
ISBN: 978-5-09-091742-1
Популярные ГДЗ в 10 классе
Лабораторные работы. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер №3, страница 451.
№№3 (с. 451)
Условие. №№3 (с. 451)
скриншот условия


Лабораторная работа № 3
Оценка размеров молекул моторного масла
Цели работы: 1) изучить простейший метод оценки размеров молекул; 2) определить размер молекул моторного масла.
Средства измерения и материалы: моторное масло, пипетка, кювета, линейка, весы, разновес, небольшой стакан, ликоподий или тальк, сосуд с дистиллированной водой.
Задание
Определите размер молекулы моторного масла, воспользовавшись свойством масел образовывать на поверхности воды мономолекулярные (слой толщиной в 1 молекулу) плёнки.
Дополнительные сведения
Капля моторного масла растекается по поверхности воды, образуя на ней тонкую плёнку. Для наблюдения плёнки и измерения её площади на поверхность воды предварительно насыпают ликоподий или тальк. Масло уменьшает поверхностное натяжение воды, поэтому плавающие частицы талька перемещаются от места падения капли к краям плёнки, что приводит к появлению «окна» (рис. 303). Измерив диаметр масляного пятна и вычислив его площадь $S$, находят толщину $d$ плёнки:
$d = \frac{V}{S}$.
Полагая, что плёнка состоит из одного слоя молекул, оценивают толщину $d$, т. е. диаметр молекулы масла.
Порядок выполнения
1. Определите взвешиванием в стакане массу 20 капель масла и найдите массу $M$
Порядок выполнения
1. Определите взвешиванием в стакане массу 20 капель масла и найдите массу одной капли. Считая плотность $\rho$ масла равной 890 кг/м³, определите объём капли по формуле $V = M / \rho$.
2. Насыпьте на поверхность воды ликоподий и капните с помощью пипетки в центр кюветы с высоты 1–2 мм одну каплю масла. Измерьте линейкой диаметр «окна» в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определите средний диаметр $D$ масляного пятна.
3. Вычислите площадь $S$
3. Вычислите площадь масляного пятна и определите диаметр молекулы, считая его равным толщине $d$ мономолекулярного слоя:
$
$d = \frac{V}{S} = \frac{4M}{\pi \cdot \rho \cdot D^2}$,
где $V$
где — объём мономолекулярного слоя.
4. Результаты измерений и вычислений занесите в отчётную таблицу. Оцените погрешность определения размера молекулы масла.
Таблица:
Колонки: Номер эксперимента, M, кг, V, м³, D, м, d, м.
Строка 1: Номер эксперимента 1. Данные отсутствуют.
Строка 2: Номер эксперимента 2. Данные отсутствуют.
Строка 3: Номер эксперимента 3. Данные отсутствуют.
Строка: Среднее значение величины. Данные отсутствуют.
Решение. №№3 (с. 451)
Цели работы:
1) изучить простейший метод оценки размеров молекул;
2) определить размер молекул моторного масла.
Задание
Определить размер молекулы моторного масла, воспользовавшись свойством масел образовывать на поверхности воды мономолекулярные (слой толщиной в 1 молекулу) плёнки.
Для решения данной задачи необходимо выполнить лабораторную работу согласно предложенному порядку. Поскольку реальные измерения отсутствуют, проведём расчёты с использованием гипотетических, но реалистичных экспериментальных данных.
Дано:
Плотность моторного масла: $\rho = 890 \text{ кг/м}^3$
Количество капель для взвешивания: $N = 20 \text{ шт}$
Измеренная масса 20 капель масла: $m_N = 0.4 \text{ г}$
Измеренный средний диаметр масляного пятна: $D = 30 \text{ см}$
Перевод в систему СИ:
$m_N = 0.4 \text{ г} = 0.4 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$
$D = 30 \text{ см} = 0.3 \text{ м}$
Найти:
$d$ — диаметр молекулы масла.
Решение:
1. Определение массы и объёма одной капли масла.
Сначала найдём массу одной капли масла ($M$), разделив общую массу ($m_N$) на количество капель ($N$):
$M = \frac{m_N}{N} = \frac{0.4 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{20} = 0.02 \cdot 10^{-3} \text{ кг} = 2 \cdot 10^{-5} \text{ кг}$
Зная массу одной капли и плотность масла, вычислим её объём ($V$) по формуле:
$V = \frac{M}{\rho} = \frac{2 \cdot 10^{-5} \text{ кг}}{890 \text{ кг/м}^3} \approx 2.247 \cdot 10^{-8} \text{ м}^3$
2. Вычисление площади масляного пятна.
Капля масла, растекаясь по поверхности воды, образует тонкую плёнку, которую мы принимаем за круг. Площадь этого круга ($S$) можно найти по формуле площади круга через диаметр ($D$):
$S = \frac{\pi \cdot D^2}{4}$
Подставим наше значение диаметра:
$S = \frac{\pi \cdot (0.3 \text{ м})^2}{4} = \frac{\pi \cdot 0.09 \text{ м}^2}{4} \approx 0.0707 \text{ м}^2$
3. Определение диаметра молекулы масла.
Основное допущение метода заключается в том, что плёнка масла является мономолекулярной, то есть её толщина ($d$) равна диаметру одной молекулы. Объём капли ($V$) равен объёму плёнки, который можно представить как объём очень низкого цилиндра с площадью основания $S$ и высотой $d$.
$V = S \cdot d$
Отсюда выражаем толщину плёнки (диаметр молекулы):
$d = \frac{V}{S}$
Подставим вычисленные значения объёма и площади:
$d = \frac{2.247 \cdot 10^{-8} \text{ м}^3}{0.0707 \text{ м}^2} \approx 3.178 \cdot 10^{-7} \text{ м}$
Можно также воспользоваться итоговой формулой, приведённой в задании:
$d = \frac{4M}{\pi \cdot \rho \cdot D^2} = \frac{4 \cdot 2 \cdot 10^{-5} \text{ кг}}{\pi \cdot 890 \text{ кг/м}^3 \cdot (0.3 \text{ м})^2} = \frac{8 \cdot 10^{-5}}{\pi \cdot 890 \cdot 0.09} \approx \frac{8 \cdot 10^{-5}}{251.55} \approx 3.18 \cdot 10^{-7} \text{ м}$
Результат совпадает, что подтверждает верность расчётов.
Таким образом, оценочный размер (диаметр) молекулы моторного масла составляет примерно $3.18 \cdot 10^{-7}$ метра или 318 нанометров.
Ответ: $d \approx 3.18 \cdot 10^{-7} \text{ м}$.
4. Заполнение отчётной таблицы.
Для выполнения этого пункта необходимо провести эксперимент как минимум три раза, каждый раз измеряя массу и диаметр пятна, и занести полученные и вычисленные данные в таблицу. Затем найти среднее значение диаметра молекулы и оценить погрешность измерений.
Пример заполнения для одного проведённого эксперимента (с данными из решения):
Номер эксперимента | $M$, кг | $V$, м³ | $D$, м | $d$, м |
---|---|---|---|---|
1 | $2 \cdot 10^{-5}$ | $2.25 \cdot 10^{-8}$ | 0.3 | $3.18 \cdot 10^{-7}$ |
2 | ||||
3 | ||||
Среднее значение величины |
После проведения трёх экспериментов и заполнения строк 2 и 3, вычисляется среднее арифметическое для каждого столбца и заносится в последнюю строку.
Ответ: Для полного ответа необходимо провести реальный эксперимент и заполнить таблицу. На основе одного расчётного примера диаметр молекулы масла составил $d \approx 3.18 \cdot 10^{-7} \text{ м}$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер №3 расположенного на странице 451 к учебнику серии алгоритм успеха 2011 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №№3 (с. 451), авторов: Грачев (Александр Васильевич), Погожев (Владимир Александрович), Салецкий (Александр Михайлович), Боков (Павел Юрьевич), ФГОС (старый) базовый и углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.