Номер 1, страница 187 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Лабораторные работы - номер 1, страница 187.

Условие.

1. Наблюдение расширения воздуха при нагревании

Цель работы: 1) наблюдать тепловое расширение воздуха и фиксировать результаты наблюдений с помощью рисунка или схемы; 2) сконструировать прибор для измерения температуры.

Средства измерения и материалы: пробирка (или колба) с пробкой, в которую вставлена изогнутая стеклянная трубка длиной примерно 20 см, внутри трубки находится капля подкрашенной жидкости, сосуды с тёплой и холодной водой, лабораторный термометр, две кольцевые резинки, лист бумаги.

Порядок выполнения работы

1. Поместите колбу в сосуд с холодной водой (рис. 159). Измерьте температуру воды в сосуде. Результат измерения запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности измерения.

2. Зафиксируйте с помощью кольцевой резинки положение капли подкрашенной жидкости в изогнутой стеклянной трубке.

3. Поместите колбу в сосуд с тёплой водой. Измерьте температуру воды в сосуде с учётом абсолютной погрешности измерения. Результат измерения запишите в таблицу.

Термодинамическая система	Температура тела с учётом абсолютной погрешности измерения, °С
Колба в сосуде с холодной водой
Колба в сосуде с тёплой водой

4. Зафиксируйте с помощью второй кольцевой резинки положение капли подкрашенной жидкости в изогнутой стеклянной трубке.

5. Сравните результаты опытов, сделайте вывод.

6. Используя предложенную установку, сконструируйте термометр. Для этого сделайте шкалу из бумаги. Нанесите на неё значения температуры, соответствующее начальному положению капли (1-й опыт), и значение температуры, соответствующее конечному положению капли (2-й опыт). Расстояние между отметками разделите на несколько равных отрезков.

Укрепите шкалу на стеклянной трубке, совместив отметки (значения температур) с соответствующими положениями круговых резинок. Убедитесь, что положение капли термометра находится между нижним и верхним пределами измерения шкалы.

Рис. 159

В первый сосуд с холодной водой налейте немного тёплой воды из второго сосуда. С помощью термометра измерьте температуру воды в первом сосуде.

Решение.

1, 2, 3 и 4.

Для выполнения лабораторной работы проведем гипотетические измерения и занесем их в таблицу. Абсолютная погрешность лабораторного термометра обычно составляет половину цены деления. Предположим, что цена деления используемого термометра составляет $1^\circ\text{С}$, тогда абсолютная погрешность измерения будет $\Delta T = 0.5^\circ\text{С}$.

Пусть начальная температура холодной воды была измерена как $T_1 = 20.0^\circ\text{С}$.

Пусть температура тёплой воды была измерена как $T_2 = 50.0^\circ\text{С}$.

Заполним таблицу с учётом погрешности:

Термодинамическая система	Температура тела с учётом абсолютной погрешности измерения, °С
Колба в сосуде с холодной водой	$(20.0 \pm 0.5)$
Колба в сосуде с тёплой водой	$(50.0 \pm 0.5)$

В ходе выполнения пунктов 1-4 было зафиксировано начальное положение капли подкрашенной жидкости (с помощью первой резинки) при температуре $T_1 = (20.0 \pm 0.5)^\circ\text{С}$ и конечное положение капли (с помощью второй резинки) при температуре $T_2 = (50.0 \pm 0.5)^\circ\text{С}$. При нагревании колбы в тёплой воде капля сместилась по трубке дальше от колбы, что указывает на увеличение объёма воздуха.

5. Сравните результаты опытов, сделайте вывод.

При перемещении колбы из сосуда с холодной водой в сосуд с тёплой, температура воздуха внутри колбы увеличилась с $T_1 \approx 20^\circ\text{С}$ до $T_2 \approx 50^\circ\text{С}$. В результате этого капля подкрашенной жидкости в стеклянной трубке переместилась от колбы. Это означает, что объём, занимаемый воздухом внутри колбы и трубки, увеличился.

Вывод: При нагревании воздух расширяется, а при охлаждении сжимается. Увеличение объёма газа (в данном случае воздуха) при повышении его температуры при постоянном давлении является проявлением теплового расширения. Данное явление для идеальных газов описывается законом Гей-Люссака, согласно которому объём данной массы газа при постоянном давлении изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре ($V/T = \text{const}$).

Ответ: При нагревании объём воздуха в колбе увеличивается, что приводит к смещению капли жидкости. Это демонстрирует тепловое расширение газов.

6. Используя предложенную установку, сконструируйте термометр.

Для конструирования термометра на основе данной установки необходимо создать и проградуировать шкалу измерения температуры.

1. На полоске бумаги отмечаем первое положение капли, зафиксированное резинкой, когда колба находилась в холодной воде. Напротив этой отметки подписываем значение температуры холодной воды: $T_1 = 20^\circ\text{С}$.
2. Отмечаем на той же полоске второе положение капли, когда колба находилась в тёплой воде. Напротив этой отметки подписываем значение температуры тёплой воды: $T_2 = 50^\circ\text{С}$.
3. Расстояние между этими двумя отметками на бумажной шкале соответствует диапазону температур $\Delta T = T_2 - T_1 = 50^\circ\text{С} - 20^\circ\text{С} = 30^\circ\text{С}$.
4. Разделим отрезок между отметками на несколько равных частей для создания шкалы. Например, можно разделить его на 30 равных отрезков. В этом случае цена деления самодельного термометра будет $1^\circ\text{С}$ на деление. Или можно разделить на 6 равных отрезков, тогда цена деления будет $5^\circ\text{С}$.
5. Полученную бумажную шкалу следует закрепить на стеклянной трубке таким образом, чтобы отметки $20^\circ\text{С}$ и $50^\circ\text{С}$ совпадали с положениями, отмеченными резинками.

Сконструированное устройство представляет собой газовый термометр, работа которого основана на линейной зависимости объёма газа от температуры при постоянном давлении. С его помощью можно измерять температуру в проградуированном диапазоне. Если поместить колбу в среду с температурой между $20^\circ\text{С}$ и $50^\circ\text{С}$, капля займёт новое положение, по которому можно будет определить температуру.

Ответ: Для создания термометра нужно изготовить бумажную шкалу, нанести на неё отметки, соответствующие измеренным температурам $T_1$ и $T_2$ и положениям капли, а затем проградуировать расстояние между отметками, разделив его на равные части.