Номер 2, страница 231 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Проведите эксперимент по исследованию парникового эффекта (см. рис.).

Расположите лампу накаливания на высоте примерно 5 см над поверхностью стола. На равном расстоянии от лампы (10–15 см) расположите два лабораторных стакана, на дне которых должен быть слой земли в 1 см толщиной.

В стаканы опустите датчики (или термометры), прикреплённые с помощью изоляционной ленты к линейкам, как это показано на рисунке. Конец датчика должен находиться в 3 см от конца линейки, изоляционная лента не должна накрывать конец датчика. Проверьте, чтобы показания температуры обоих датчиков (или термометров) совпадали.

Накройте плёнкой стаканы.

Сделайте глубокий вдох и задержите дыхание как можно дольше. Приоткрыв плёнку одного из стаканов и не прикасаясь губами к нему, выдохните в него воздух и снова закройте плёнкой.

Включите лампу примерно на 20 мин. Через каждые 5 мин фиксируйте температуру в каждом из стаканов. Постройте графики зависимости температуры от времени для каждого стакана. Сравните полученные зависимости. Сделайте вывод.

Ход эксперимента и фиксация результатов

Для проведения эксперимента необходимо подготовить две установки согласно описанию: два стакана (назовем их стакан 1 и стакан 2) с одинаковым слоем земли, накрытые пленкой. В каждый стакан помещен датчик температуры. Установки находятся на равном расстоянии от лампы накаливания.

Стакан 1 будет являться контрольным. В нем под пленкой находится обычный воздух.

Стакан 2 будет экспериментальным. Перед началом эксперимента в него необходимо выдохнуть. Выдыхаемый человеком воздух содержит повышенную концентрацию углекислого газа ($CO_2$) и водяного пара ($H_2O$), которые являются парниковыми газами. Начальная температура в обоих стаканах должна быть одинаковой (например, комнатной).

После включения лампы необходимо каждые 5 минут в течение 20 минут записывать показания температуры в обоих стаканах. Ожидаемые результаты можно представить в виде таблицы (данные являются гипотетическими, но отражают суть физического явления):

Время, мин | Температура в стакане 1 (контроль), °C | Температура в стакане 2 (эксперимент), °C

0 | 22.0 | 22.0

5 | 26.5 | 28.0

10 | 29.0 | 32.5

15 | 31.0 | 36.0

20 | 32.5 | 38.5

Из таблицы видно, что температура в обоих стаканах растет, но в стакане с выдыхаемым воздухом она растет быстрее и достигает более высокого значения.

Ответ: В ходе эксперимента фиксируется повышение температуры в обоих стаканах, однако в экспериментальном стакане (с выдыхаемым воздухом) температура растет значительно быстрее и достигает более высоких значений по сравнению с контрольным стаканом.

Построение и сравнение графиков

На основе полученных данных строим два графика зависимости температуры ($\text{T}$) от времени ($\text{t}$) на одной координатной плоскости. По оси абсцисс (горизонтальной) откладываем время в минутах, а по оси ординат (вертикальной) — температуру в градусах Цельсия.

В результате получатся две восходящие кривые:

1. График для стакана 1 (контрольного): кривая будет подниматься плавно.

2. График для стакана 2 (экспериментального): эта кривая будет расположена выше первой и иметь больший наклон, что указывает на более быстрый рост температуры.

Сравнение графиков наглядно демонстрирует, что при одинаковых условиях нагрева среда с повышенным содержанием углекислого газа и водяного пара нагревается сильнее.

Ответ: График зависимости температуры от времени для экспериментального стакана будет лежать выше графика для контрольного стакана, что свидетельствует о более интенсивном нагреве воздуха, богатого углекислым газом и водяным паром.

Вывод

Эксперимент демонстрирует явление парникового эффекта. Лампа накаливания излучает свет и тепло (инфракрасное излучение), которые проходят через пленку и воздух и нагревают землю в стаканах. Нагретая земля, в свою очередь, сама становится источником теплового (длинноволнового инфракрасного) излучения.

В контрольном стакане это тепловое излучение частично уходит сквозь воздух и пленку.

В экспериментальном стакане, где содержится повышенная концентрация углекислого газа ($CO_2$) и паров воды ($H_2O$), эти газы эффективно поглощают и переизлучают обратно к поверхности земли исходящее от нее тепловое излучение. Они действуют как "одеяло", задерживая тепло и вызывая дополнительный нагрев воздуха в стакане. Именно поэтому температура в стакане 2 оказывается выше.

Этот эксперимент является упрощенной моделью глобального парникового эффекта на Земле, где роль парниковых газов в атмосфере (в первую очередь $CO_2$, $CH_4$, $H_2O$) приводит к повышению средней температуры планеты.

Ответ: Воздух, содержащий повышенную концентрацию углекислого газа и водяного пара, сильнее задерживает тепловое излучение, что приводит к его более сильному нагреву. Это явление называется парниковым эффектом.