Номер №3, страница 54 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Экспериментальные задания - номер №3, страница 54.

Условие.

Задание № 3

https://go.prosv.ru/hTAFLJ

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ПОМОЩИ ЖИДКОСТНОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ТЕРМОМЕТРОВ

► Постановка задачи

Используя жидкостный термометр, электронный термометр и сосуд с водой, измерить температуру воды обоими термометрами и сопоставить результаты.

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 26.

Рис. 26

► Анализ условия

Принцип действия жидкостного термометра основан на свойстве жидкости изменять объём (расширяться или сжиматься) при изменении температуры. В жидкостных термометрах, как правило, используется подкрашенный спирт.

Если погрузить жидкостный термометр в сосуд с водой, то через некоторое время столбик жидкости в термометре перестанет подниматься или опускаться. Это означает, что температура жидкости в термометре сравнялась с температурой воды в сосуде. После этого по шкале термометра можно определить значение температуры.

Электронный термометр, изображённый на рисунке 26, представляет собой цифровой мультиметр и соединённый с ним датчик температуры. Для измерения температуры воды датчик опускают в воду. Сигнал датчика, зависящий от температуры, поступает в мультиметр, где преобразуется в цифровую форму и отображается на цифровом табло. Значение температуры фиксируют после того, как показания прибора перестают изменяться.

► План выполнения задания

1. Зарисуйте схему экспериментальной установки.
2. Определите цену деления шкалы жидкостного термометра.
3. Приведите цифровой мультиметр в рабочее состояние. Для этого, поворачивая переключатель режимов работы мультиметра, установите его в положение, соответствующее измерению температуры. Оно обозначено значком $^\circ C$ (градус Цельсия). Подключите к мультиметру датчик температуры.
4. Опустите в стакан с водой жидкостный термометр и датчик температуры электронного термометра. Наблюдая за столбиком жидкостного термометра и показаниями мультиметра, определите, какой из приборов обладает большим быстродействием (позволяет определять температуру быстрее).
5. После того как показания обоих приборов перестанут изменяться, определите значение температуры воды с помощью каждого термометра. Запишите в таблицу результаты измерений с учётом абсолютных погрешностей. Абсолютную погрешность измерения температуры жидкостным термометром примите равной цене деления шкалы термометра. Абсолютную погрешность измерения температуры электронным термометром уточните в паспорте мультиметра.

Название прибора	Температура воды $t \pm \Delta t°C$

6. Сравните значения температуры воды, измеренные с помощью жидкостного и электронного термометров.

Решение.

1. Зарисуйте схему экспериментальной установки.

Экспериментальная установка (показанная на рисунке 26 в задании) состоит из стакана с водой, в который одновременно погружены измерительная часть жидкостного термометра (резервуар с жидкостью) и датчик электронного термометра (термопара). Датчик соединен проводниками с цифровым мультиметром, который настроен на режим измерения температуры. На дисплее мультиметра отображается измеряемое значение температуры.

Ответ: Схема установки описана текстом выше.

2. Определите цену деления шкалы жидкостного термометра.

Для определения цены деления шкалы жидкостного термометра необходимо выбрать два соседних штриха с числовыми отметками. На шкале термометра видны отметки 0 °C и 10 °C. Между ними находится 10 делений (промежутков). Разность температур между этими отметками составляет $10\text{°C} - 0\text{°C} = 10\text{°C}$.

Цена деления ($\text{C}$) вычисляется как отношение разности значений величины к числу делений между соответствующими штрихами:

$C = \frac{10\text{°C} - 0\text{°C}}{10} = 1\text{°C}$

Ответ: Цена деления шкалы жидкостного термометра равна $1\text{°C}$.

3. Приведите цифровой мультиметр в рабочее состояние.

Для приведения мультиметра в рабочее состояние необходимо выполнить следующие действия: повернуть переключатель режимов работы в положение для измерения температуры (на изображении это сектор с обозначением TEMP °C), а затем подключить датчик температуры (термопару) в соответствующие гнезда мультиметра (обычно COM и VΩmA).

Ответ: Цифровой мультиметр приведен в рабочее состояние для измерения температуры.

4. Опустите в стакан с водой жидкостный термометр и датчик температуры электронного термометра. Наблюдая за столбиком жидкости и показаниями мультиметра, определите, какой из приборов обладает большим быстродействием.

При проведении эксперимента можно заметить, что показания на цифровом дисплее электронного термометра устанавливаются (перестают изменяться) значительно быстрее, чем столбик жидкости в жидкостном термометре. Это объясняется тем, что чувствительный элемент электронного термометра (термопара) имеет очень малую массу и, следовательно, малую теплоемкость (тепловую инерцию). Он быстро достигает теплового равновесия с водой. Жидкостный термометр, содержащий больший объем спирта и стекла, прогревается или остывает медленнее.

Ответ: Электронный термометр обладает большим быстродействием.

5. После того как показания обоих приборов перестанут изменяться, определите значение температуры воды с помощью каждого термометра. Запишите в таблицу результаты измерений с учётом абсолютных погрешностей.

Снимем показания с приборов, изображенных на рисунке:

1.Жидкостный термометр: столбик подкрашенной жидкости остановился точно на отметке 20. Таким образом, измеренная температура $t_ж = 20\text{°C}$. Абсолютную погрешность измерения жидкостным термометром примем равной цене деления: $\Delta t_ж = 1\text{°C}$.

2.Электронный термометр: на цифровом табло мультиметра отображается число 20. Таким образом, измеренная температура $t_э = 20\text{°C}$. Абсолютную погрешность для данного типа мультиметров в режиме измерения температуры, согласно технической документации, можно принять равной $\Delta t_э = 1\text{°C}$ (как типичное значение для целого градуса на дисплее).

Результаты измерений в формате $t \pm \Delta t$:

Для жидкостного термометра: $(20 \pm 1)\text{°C}$.

Для электронного термометра: $(20 \pm 1)\text{°C}$.

Заполним таблицу:

Название прибора	Температура воды $t \pm \Delta t$, °C
Жидкостный термометр	$(20 \pm 1)$
Электронный термометр	$(20 \pm 1)$

Ответ: Результаты измерений температуры воды с помощью двух термометров занесены в таблицу.

6. Сравните значения температуры воды, измеренные с помощью жидкостного и электронного термометров.

Для сравнения результатов двух измерений необходимо найти доверительные интервалы для каждого из них и проверить, пересекаются ли они.

Доверительный интервал для жидкостного термометра: от $(t_ж - \Delta t_ж)$ до $(t_ж + \Delta t_ж)$.

$[20 - 1; 20 + 1] \text{ °C}$, то есть $[19; 21]\text{°C}$.

Доверительный интервал для электронного термометра: от $(t_э - \Delta t_э)$ до $(t_э + \Delta t_э)$.

$[20 - 1; 20 + 1] \text{ °C}$, то есть $[19; 21]\text{°C}$.

Полученные доверительные интервалы полностью совпадают. Это означает, что результаты измерений, полученные с помощью жидкостного и электронного термометров, согласуются друг с другом в пределах указанных погрешностей.

Ответ: Значения температуры воды, измеренные с помощью жидкостного и электронного термометров, совпадают с учетом их абсолютных погрешностей.