Как найти диаметр шейки пипетки

• ГДЗ

• 10 класс

• Физика

• Рымкевич 10-11

• 580

Подробное решение задание 580 по физике задачник для учащихся 10 класса, авторов А.П. Рымкевич 2016

показать содержание

Лабораторная работа № 5 

   Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

   Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

   Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Выполнение работы. 

1. Начертили таблицу:

№ опыта	Масса капель m, кг	Число капель n	Диаметр канала шприца d, м	Поверхност-ное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м	Табличное значение поверхност-ного натяжения σтаб, Н/м	Относительная погрешность δ %
1	1*10-3	21	2,5*10-3	0,066	0,069	0,072	4,167
2	2*10-3	40	2,5*10-3	0,069
3	3*10-3	59	2,5*10-3	0,071

Вычисляем поверхностное натяжение по формуле

 

Находим среднее значение поверхностного натяжения по формуле:  

Определяем относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

 

Вывод: я измерил поверхностное натяжение жидкости (воды), оно получилось равным 0,069 Н/м, что с учетом погрешности 4,167% совпадает с табличным значением.

Ответы на контрольные вопросы.

1. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

Поверхностное натяжение зависит от силы притяжения между молекулами. У молекул разных жидкостей силы взаимодействия разные, поэтому поверхностное натяжение разное. Также поверхностное натяжение зависит от наличия примесей в жидкости, потому что, чем сильнее концентрация примесей в жидкости, тем слабее силы сцепления между молекулами жидкости. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее.

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

Если температура увеличивается, то скорость движения молекул соответственно увеличивается, а силы сцепления между молекулами — уменьшаются. т.е силы поверхностного натяжения зависят от температуры. Чем температура жидкости выше, тем слабее силы поверхностного натяжения.

3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

Изменится незначительно, т.к. в формулу входит величина g — ускорения свободного падения. А мы знаем, что в разных точках Земли ускорение свободного падения различно. Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты, времени суток и других факторов. Оно варьирует ся от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах.

4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?

Изменение диаметра трубки не может приводить к изменению измеряемой величины. Для определения поверхностного натяжения используется формула  . 

По рисунку видно, что уменьшение диаметра трубки компенсируется уменьшением массы капли, а поверхностное натяжение, естественно, останется тем же.

5. Почему следует добиваться медленного падения капель?

При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно. Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 капиллярной трубки. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, направленные вверх и удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли сила тяжести равна результирующей силе поверхностного натяжения F = πdσ.

Необходимо, чтобы капли отрывались от трубки самостоятельно, под действием силы тяжести. Если падение капель будет быстрым при дополнительном нажатии на поршень шприца, то в момент отрыва капли сила тяжести не будет равна силе поверхностного натяжения и данный метод даст большую погрешность измерения.

Цели урока:

• закрепление знаний и умений по теме
  “Поверхностное натяжение жидкости” при
  самостоятельном решении задач;
• развитие внимания и логического мышления через
  анализ полученных результатов;
• психологическая адаптация учащихся при решении
  задач в группах.

Оборудование:

• телевизор с видеомагнитофоном;
• кодоскоп;
• карточки с заданиями для самоконтроля;
• карточки с указаниями к экспериментальным
  заданиям;
• карточки с расчётными задачами;

Приборы для решения экспериментальных
задач:

• динамометры;
• капельницы;
• химические стаканы;
• полоски бумаги и ткани;
• термометры;
• различные жидкости.

Тип урока: Повторительно-обобщающий
урок.

Ход урока

I. Организационный момент:

1. Проверка готовности учащихся к уроку.

2. Демонстрация собственного учебного фильма,
состоящего из фрагментов, показывающих:

1. Движение, водомерки;
2. Схему водоснабжения растений;
3. Трактор, боронящий почву;
4. Горение керосиновой лампы;
5. Пропитку шпал;
6. Флотацию;
7. Удаление пятен.

Учитель: Почему столь разные явления и
процессы объединены в один видеофильм? Ответить
на этот вопрос мы сможем в конце нашего урока.

II. Актуализация заданий.

Учитель: А сейчас нужно выйти к доске и
записать формулу для определения коэффициента
поверхностного натяжения, прокомментировав её.

Ученик пишет на доске формулу: где:

–
коэффициент поверхностного натяжения,
измеряется в ^Н/м,

F – сила поверхностного натяжения, измеряется в
Ньютонах,

—
длина свободной поверхности жидкости,
измеряется в метрах.

Учитель: Нужно выйти к доске, записать
формулы для расчёта высоты подъёма жидкости в
капилляре.

Ученик записывает формулу, где:

 —
коэффициент поверхностного натяжения,
измеряется в ^Н/м,

–
плотность жидкости, измеряется в ^КГ/м³
,

g = 9,8 ^М/с² – ускорение свободного
падения,

r – радиус капилляра, измеряется в метрах.

2) Через кодоскоп на экран проецируется чертёж:

 

Учитель: Какой чертёж соответствует
следующей ситуации?

1. В стеклянный сосуд с несмачивающей его
жидкостью опущена стеклянная трубка?

Ученики: Данной ситуации
соответствует рисунок №2.

2. В стеклянный сосуд с ртутью опущена стальная
трубка?

Ученики: Данной ситуации
соответствует рисунок№4.

Учитель: Какой вывод следует из наших
рассуждений?

Ученики: Жидкость может смачивать, а
может и не смачивать поверхность твёрдого тела.

Учитель: Запишем этот вывод на доске
под цифрой I.

3) Через кодоскоп ученик, который получил
опережающее задание на дом, демонстрирует
следующий опыт:

Все фигуры вырезаны из бумаги, пропитанные
парафином, находятся на поверхности воды.

Если в указанном точке прикоснуться мылом, то
снаряд “вылетит” из ствола.

Учитель: Объясните увиденное.

Ученики: При соприкосновении мыла с
водой, коэффициент поверхностного натяжения с
этой стороны снаряда становится меньше, а
снаружи остаётся таким же, и под действием силы
поверхностного натяжения воды снаряд
вытягивается из ствола.

Учитель: Какой вывод из этого следует?

Ученики: Коэффициент поверхностного
натяжения зависит от рода вещества.

Учитель: Записываем этот вывод под
цифрой II на доске.

III. Самостоятельное решение задач

Класс разбивается на группы (в данном случае
ученики, сидящие за одной партой, составляют
группу). На каждом столе лежат:

а) карточки с задачами для самоконтроля (2
экземпляра)
б) карточки с указаниями к экспериментальным
задачам и соответствующие приборы – для групп
решающих экспериментальные задачи (1 экземпляр).
в) карточки с расчётными задачами (1 экземпляр).

Указания к экспериментальной задаче №1.

1. Из капельницы накапать 200 капель жидкости.
2. При помощи весов определить массу жидкости.
3. Определить массу одной капли, m₁ = m/N/
4. По формуле определить коэффициент
   поверхностного натяжения жидкости, где радиус
   капилляра = 0,4мм.
5. Измерить температуру воды

Указания к экспериментальной задаче №2.

1. Из капельницы накапать 200 капель жидкости.
2. При помощи весов определить массу жидкости.
3. Определить массу одной капли, m₁ = m/N/
4. По формуле определить коэффициент
   поверхностного натяжения жидкости, где радиус
   капилляра = 0,4мм.
5. Измерить температуру воды

Задача №3.

Из капельницы накапать равные массы сначала
холодной воды при температуре 8⁰С, затем
горячей воды при температуре 80⁰С.

Как и во сколько раз изменится коэффициент
поверхностного натяжения воды, если в I случае
образовалось 40, а во втором – 48 капель?

Плотность воды считать одинаковой.

Указания к экспериментальной задаче №4.

1. Опустить капилляр радиусом r = 0,11 мм в сосуд с
   водой.
2. Измерить высоту подъёма воды в капилляре – h.
3. По формуле вычислить коэффициент поверхностного
   натяжения, где:
   –
   плотность воды,
   g = 9,8 ^М/с² – ускорение свободного
   падения.

Указания к экспериментальной задаче №5.

1. Опустить капилляр радиусом r = 0.25 мм в сосуд с
   водой.
2. Измерить высоту подъёма воды в капилляре – h.
3. По формуле вычислить коэффициент поверхностного
   натяжения, где:
   –
   плотность воды,
   g = 9,8 ^М/с² – ускорение свободного
   падения.

Указания к экспериментальной задаче №6.

1. Опустить полоски промокательной бумаги, и хб
   ткани в стакан так, чтобы концы этих полосок
   только касались поверхности воды.
2. Как только поднятие воды прекратится, полоски
   вынуть и измерить высоту подъёма воды.
3. По формуле: определить диаметр капилляра.
4. Сделать вывод о диаметре капилляров разных тел.

Задача №7.

Керосин поднялся по капиллярной трубке на 1,5*10^-3
м.

Определить радиус трубки, если коэффициент
поверхностного натяжения керосина 2*10^-3 Н/м,
а его плотность 800 ^КГ/м³ .

Задача № 8.

Определите коэффициент поверхностного
натяжения ртути, если при погружении в неё трубки
диаметром 0,5*10^-3 м.

Ртуть опускается в трубке на 2,5*10^-2 м.

Плотность ртути 13600 ^КГ/м³ .

Указания к экспериментальной задаче № 9.

1. Медленно выворачивать винт динамометра ДПН до
   тех пор, пока не разорвётся плёнка жидкости.
2. Замерить показания динамометра.
3. По формуле: где l = 50 мм по указаниям на футляре.
4. Определить коэффициент поверхностного
   натяжения.

Указания к экспериментальной задаче №10.

1. Медленно выворачивать винт динамометра ДПН до
   тех пор, пока не разорвётся плёнка жидкости.
2. Замерить показания динамометра.
3. По формуле: где l = 80 мм по указаниям на футляре.
4. Определить коэффициент поверхностного
   натяжения.

Задача №11.

Какое усилие необходимо для отрыва тонкого
кольца массой 4 г. со средним диаметром 8 см от
поверхности глицерина?

Коэффициент поверхностного натяжения
глицерина 0,06 ^Н/м.

Задачи и задания подобраны таким образом, что
группы, решающие аналогичные задачи, находились
рядом, что позволяет учащимся по результатам
заданий сделать выводы о свойствах
поверхностного натяжения жидкости.

Расчётные задачи решаются в тетради, и решение
выносятся на прозрачную плёнку.

IV.Анализ результатов

К доске выходит 3-я группа и через кодоскоп
объясняет решение своей задачи, а учащиеся 1-й и
2-й групп показывают, как они провели эксперимент
и представляют результаты.

Один из учащихся делает вывод и записывает его
на доске: (III. Коэффициент поверхностного
натяжения жидкости зависит от температуры).

Учитель: Ребята, обратите внимание на
карточки с заданиями для самоконтроля.

Задачи для самоконтроля.

1. Какую массу имеет капля воды, вытекающая из
   стеклянной трубки диаметром 10^-3 м, если
   считать, что диаметр шейки капли равен диаметру
   трубки.
2. Вычислите коэффициент поверхностного
   натяжения масла, если при пропускании через
   пипетку 3,6*10^-3 кг масла получено 304 капли.
   Диаметр шейки пипетки 1,2*10^-3м.
3. С помощью пипетки отмерили 152 капли
   минерального масла. Их масса оказалась равной 1,82
   г. определите диаметр шейки пипетки, если
   коэффициент поверхностного натяжения
   минерального масла 3*10^{-2 Н}/м.
4. В спирт опущена трубка. Диаметр её внутреннего
   канала равен 5*10^-4 м. на какую высоту
   поднимется спирт в трубке? Плотность спирта 800 ^КГ/м³.
5. Керосин поднялся по капиллярной трубке на
   высоту 15*10^-3 м. определите радиус трубки,
   если коэффициент поверхностного натяжения
   керосина 24*10 ^Н/м, а его плотность 800 ^КГ/м³.
6. В капиллярной трубке радиусом 0,5*10^-3 м
   жидкость поднялась на 11*10^-3 м. определите
   плотность данной жидкости, если её коэффициент
   поверхностного натяжения 0,022 ^Н/м.
7. Тонкое металлическое кольцо диаметром 15 см
   соприкасается с водой. Какую силу нужно
   приложить к кольцу, чтобы оторвать его от воды?
   Масса кольца 10 г, коэффициент поверхностного
   натяжения воды принять равным 0,07 ^Н/м.
8. Рамка с подвижной перекладиной длиной 10 см
   затянута мыльной плёнкой. Какую работу надо
   совершить против сил поверхностного натяжения,
   чтобы переместить перекладину на 2 см.
9. К проволочке АВ длиной 3 см прикреплена нить, при
   помощи которой можно перемещать проволочку,
   растягивая мыльную плёнку. Каково поверхностное
   натяжение мыльной воды, если при перемещении
   проволочки на 2 см была совершена работа 0,5*10^-4Дж.

Первые три задачи аналогичны только что
решённым.

Дома, каждый из вас выберет одну из
предложенных задач и решит её.

Учитель анализирует результат первых 3-х групп
и выставляет оценки.

Таким образом отчитываются 4,5,6,7 и 8 группы,
формулируют вывод и записывают его на доске. (IV.
Высота подъёма жидкости в капилляре зависит от
его диаметра. Чем больше диаметр, тем меньше
высота подъема жидкости в капилляре).

Учитель: Ребята, в задачах для
самоконтроля подобные задачи с 4 по 6. Дома
выберите одну из представленных задач и решите
её.

Учитель комментирует результат работы групп и
выставляет оценки.

9,10,11 группа отчитываются и формулируют вывод с
записью его на доске. (V. Сила поверхностного h
поверхности жидкости. Чем больше длина свободной
поверхности жидкости, тем больше сила
поверхностного натяжения).

Учитель: Ребята, в заданиях для
самоконтроля задачи с 7 по 9 подобны данным. Дома
необходимо решить одну из этих задач. Таким
образом вам дома необходимо выбрать по вашим
силам 3 задачи на разные свойства поверхностного
слоя жидкости и решить их. Карточки с задачами
для самоконтроля вы берёте домой.

Учитель комментирует результаты работы
последних групп и выставляет оценки.

Учитель: В результате нашей
совместной работы получился опорный сигнал по
свойствам поверхностного слоя жидкости.
Запишите его в тетрадь.

I. Жидкость может смачивать и не смачивать
твёрдое тело.
II. Коэффициент поверхностного натяжения зависит
от рода жидкости.
III. Коэффициент поверхностного натяжения зависит
от температуры .
IV. Высота подъёма жидкости в капилляре зависит от
его диаметра.
V. Сила поверхностного натяжения зависит от длины
свободной поверхности жидкости.

Учитель: А теперь давайте внимательно
посмотрим фильм, который мы смотрели в начале
урока и соотнесём фрагменты с пунктами нашего
опорного сигнала.

Ученики:

Первый и шестой фрагменты – смачивание и не
смачивание жидкости.

Второй, третий и четвёртый – зависимость
высоты подъёма жидкости от диаметра капилляра.

Пятый – зависимость коэффициента
поверхностного натяжения от температуры.

Седьмой — зависимость коэффициента
поверхностного натяжения от рода вещества.

Учитель: Так почему такие разные
явления объединены в один видеоряд?

Ученики: Потому, что во всех этих
явлениях проявляются свойства свободной
поверхности жидкости.

Учитель: Итогом нашего урока является
опорный сигнал, который мы составили из выводов к
вашим заданиям. Все вы ответственно отнеслись к
решению индивидуальных заданий, поэтому у нас
отличный результат коллективного труда.

Благодарю вас за урок!

Тема. Определение коэффициента поверхностного

натяжения жидкости
Цель работы: определить коэффициент поверхностного натяжения воды и сравнить с табличным значением.

Оборудование: весы и разновесы, стаканчик для сбора воды, пипетка, линейка.
Теория работы
Коэффициент поверхностного натяжения может быть определен по формуле

(1)

где — сила поверхностного натяжения, — длина границы контакта твердого тела и жидкости. В работе используется явление отрыва водяной капли от шейки пипетки. Отрыв происходит в момент, когда сила тяжести и сила поверхностного натяжения, действующие на каплю, равны по модулю. Границей контакта в данном случае является окружность — отверстие пипетки. Поэтому формула (1) запишется так:

(2)

где — масса капли; d — диаметр шейки пипетки.

Рис.1
Массу капли можно найти путем взвешивания капель. Их общая масса составит , значит, Тогда формула (2) принимает вид

(3)

Внутренний диаметр d шейки пипетки можно найти так. Остроконечный бумажный клин вставить в отверстие пипетки на глубину х и измерить линейкой длины x, x₁, d₁, показанные на рисунке. Диаметр d можно рассчитать из условия подобия треугольников:

Рис.2

Ход работы:

1. Записать в таблицу коэффициент поверхностного натяжения воды , ускорение свободного падения g.
2. Уравновесить на весах стаканчик.
3. Расположив пипетку вертикально набрать в стаканчик капель.
4. Доложить на чашу весов гири, уравновешивающие массу воды т в стаканчике.

5. Вставить в пипетку бумажный клин до упора. Замерить длины x, x₁, d₁.

6. Рассчитать диаметр шейки пипетки d.

7. Рассчитать по формуле (3) коэффициент поверхностного натяжения воды .

8. Расчет погрешности измерений

8.1. Рассчитать абсолютную погрешность

1. Рассчитать относительную погрешность определения

Таблица

№	,		N
1
2
3
4
5

9. Сделать вывод.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы:

1. По рисунку объясните поведение молекул А и В жидкости. Какую форму стремится принять поверхностный слой жидкости? Чему можно его уподобить? Объясните по рисунку опыт с мыльной пленкой и опыт с каплей масла в растворе. Что доказывают опыты?

Рис.3

2. Что такое капилляр? Как ведет себя жидкость в капилляре (сделайте рисунок для случая смачивания и несмачивания)? Формула для расчета высоты подъема жидкости в капилляре. Какие величины в нее входят?

3. Перечислите известные Вам применения капиллярных явлений. Зачем кирпичный фундамент домов покрывают горячим битумом?

4. Задача.

Лабораторная работа № 5

Тема. Определение ЭДС и внутреннего

сопротивления источника тока
Цель работы: измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование: источник постоянного напряжения, вольтметр, амперметр, реостат, ключ, соединительные провода.

Теория работы.
Для определения ЭДС источника тока и его внутреннего сопротивления воспользуемся законом Ома для полной цепи: Отсюда

(1)
где — ЭДС; — сила тока; — сопротивление внешней цепи (реостата); — сопротивление источника тока.

В работе измеряют два значения силы тока и напряжения: при двух различных сопротивлениях реостата ( и ). Для этих значений уравнение запишется (1) так:

Отсюда

Заметим, что и (по закону Ома для участка цепи). Тогда . Внутреннее сопротивление источника тока

(2)
где и — силы тока; и — напряжения при сопротивлениях реостата соответственно и .

Вычислив , можно найти по формуле (1).
Ход работы:

1. Собрать электрическую цепь по схеме. Установить движок реостата примерно по середине.
2. Замкнуть ключ. Снять показания приборов и .

1. Передвинуть движок, увеличив сопротивление реостата. Снять новые показания и .
2. Рассчитать сопротивление источника тока по формуле (2):

1. Рассчитать ЭДС источника тока:

Таблица

Номер опыта
1
2
3
4
5

1. Сделать вывод.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать закон Ома для участка цепи. Написать формулу данного закона. Какие величины входят в нее? Как с помощью закона Ома определить единицу измерения сопротивления 1 Ом?
2. Записать формулу для расчета ЭДС. Какие величины в нее входят? Что называют ЭДС? Что означает выражение «ЭДС батареи равна 4,5 В»?
3. Что такое внутренне и внешнее сопротивления цепи. Записать формулу закона Ома для полной цепи. Какие величины в нее входят? Сформулировать закон Ома для полной цепи.
4. Какую зависимость называют ВАХ? Постройте ВАХ для сопротивлений и
5. Что называют коротким замыканием? Когда оно возникает? К чему оно приводит? Как устроен простейший предохранитель?
6. Задача.

Лабораторная работа № 6

Тема. Изучение явления электромагнитной индукции
Цель работы: научиться применять правило Ленца.

Оборудование: катушка, микроамперметр, магнит, соединительные провода.
Теория работы
В 1831 году М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что в замкнутом проводнике возникает электрический ток: при изменении магнитного поля вокруг него. Полученный таким образом электрический ток называют индукционным, а создающую его ЭДС называют ЭДС индукции.

. При движении проводника в однородном магнитном поле так же возникает ЭДС.
(1)
Если к этому проводнику, подключить потребитель, то по нему течет ток.

Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении можно найти по правилу правой руки.

Правую руку располагают так вдоль проводника, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый большой палец руки располагают скорости проводника. Другие вытянутые четыре пальца руки укажут направление индукционного тока в проводнике.

Рис.1

Э.Д.С. индукции, возникающая в соленоиде прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления магнитного поля с этой цепью.

(2)

Знак минус показывает, когда потокосцепление уменьшается, ЭДС создает индукционный ток увеличивающий потокосцепление, и наоборот. Если потокосцепление меняется равномерно, то

(3)

Направление индукционного тока находится по правилу (закону) Ленца.
Э.Д.С. индукции создает в замкнутом контуре такой индукционный ток, который своим магнитным полем препятствует причине, вызывающей Э.Д.С. (рис.2)

Рис. 2
Применяют это правило следующим образом:

1.Определяют причину, создающую индукционный ток.

2. Находят направление силовых линий магнитного поля, созданного индукционным током.

3. По направлению этих силовых линий определяют направление индукционного тока, применяя правило правого винта (или правило правой руки)

Явление электромагнитной индукции используется для получения электрического тока. Устройство, для получения индукционного тока называется индукционным генератором.
Ход работы:

1. Подключить к микроамперметру катушку.
2. Ввести в нее южный полюс магнита.
3. Определить направление индукционного тока.
4. Вывести из нее южный полюс магнита.
5. Определить направление тока.
6. Повторить тот же опыт для северного полюса магнита.
7. В отчете на чертеже пояснить правило Ленца, указав направление скорости магнита, силовых

линий и индукционного тока.
Контрольные вопросы:

1. Сформулировать определение электромагнитной индукции.
2. Записать формулы для расчета Э.Д.С. в движущемся прямолинейном проводнике и соленоиде.
3. Как найти направление индукционного тока в движущемся прямолинейном проводнике, в соленоиде?
4. Пояснить рисунки в отчете.
5. На что указывает знак минус в законе электромагнитной индукции?
6. Где применяется явление электромагнитной индукции?

Лабораторная работа № 7

Спрятать решение

Источник: Рым­ке­вич А. П. Сбор­ник задач по фи­зи­ке для 9−11 клас­сов, М.: «Про­све­ще­ние», 1990 (№ 575)