Экспериментальные задания, страница 138 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Экспериментальные задания

На цилиндр с поршнем натяните тонкую пленку, закрепите ее (рис. 121). Переместите поршень влево, затем, вернув его в исходное положение, переместите вправо. Пронаблюдайте за изменением положения пленки. Объясните результаты опыта.

Рис. 121. Цилиндр с поршнем

Данный эксперимент демонстрирует зависимость давления газа от его объема при постоянной температуре (изотермический процесс), описываемую законом Бойля-Мариотта.

1. Исходное положение.
В начальном состоянии поршень неподвижен. Воздух внутри цилиндра и воздух снаружи находятся под одинаковым давлением – атмосферным. Силы, действующие на пленку изнутри и снаружи, скомпенсированы, поэтому пленка остается плоской.

2. Перемещение поршня влево.
Когда мы перемещаем поршень влево (от пленки), объем, занимаемый воздухом внутри цилиндра, увеличивается. Количество молекул воздуха внутри при этом не меняется. В результате концентрация молекул уменьшается, и они реже ударяются о стенки цилиндра и пленку. Это приводит к уменьшению давления воздуха внутри цилиндра. Давление снаружи (атмосферное) становится больше, чем давление внутри. Из-за этой разницы давлений внешняя сила, действующая на пленку, становится больше внутренней, и пленка прогибается внутрь цилиндра.

3. Возвращение в исходное положение.
Когда поршень возвращается в исходное положение, объем воздуха внутри цилиндра также возвращается к первоначальному значению. Давление внутри снова уравнивается с атмосферным давлением снаружи. Силы, действующие на пленку, снова уравновешиваются, и она выпрямляется, принимая исходное плоское положение.

4. Перемещение поршня вправо.
При перемещении поршня вправо (к пленке) объем, занимаемый воздухом внутри цилиндра, уменьшается. Концентрация молекул воздуха увеличивается, они чаще ударяются о стенки и пленку. Давление воздуха внутри цилиндра возрастает и становится больше атмосферного давления. Внутренняя сила, действующая на пленку, становится больше внешней. В результате пленка выгибается наружу.

Ответ: Изменение положения пленки объясняется изменением давления воздуха внутри цилиндра при изменении его объема. При увеличении объема (поршень влево) давление внутри падает ниже атмосферного, и пленка втягивается внутрь. При уменьшении объема (поршень вправо) давление внутри возрастает выше атмосферного, и пленка выгибается наружу. Это является наглядной демонстрацией закона Бойля-Мариотта, который гласит, что при постоянной температуре произведение давления газа на его объем является постоянной величиной ($pV = const$).