Что влияет на точность полученных результатов физика 10 класс изотермический процесс
Физика. 10 класс
Изучение изотермического процесса
Цель: исследовать зависимость давления газа данной массы от занимаемого им объёма при постоянной температуре.
Оборудование: прозрачная силиконовая трубка диаметром 8–10 мм с зажимом или пробкой на конце (стеклянная трубка диаметром 10–12 мм и длиной 60 см, запаянная с одного конца); мензурка (250 мл) с водой комнатной температуры; поддон; измерительная лента (линейка); барометр-анероид (один на класс).
Вывод расчётной формулы
Поскольку внутренняя полость трубки имеет форму цилиндра и площадь S её поперечного сечения одинакова по всей длине трубки, то V1 = Sl1 и V2 = Sl2, где l1 и l2 — длины столба воздуха в трубке в начальном и конечном состояниях соответственно.
При выполнении работы проверяют справедливость этого равенства.
Порядок выполнения работы
1. Закройте зажим на конце силиконовой трубки. Измерьте: длину l1 столба воздуха в трубке и давление p1 воздуха (используя барометр-анероид) в начальном состоянии.
2. Поставьте мензурку на поддон и заполните её водой комнатной температуры так, чтобы при погружении трубки вода в мензурке поднялась до её верхнего края. Погрузите в воду трубку так, чтобы её открытый конец оказался у дна мензурки ( рис. 229 ). Наблюдайте за поступлением воды в трубку. Когда оно прекратится, измерьте длину ΔL столба воды, вошедшей в трубку.
3. Измерьте разность уровней h воды в мензурке и трубке и вычислите длину l2 столба воздуха в трубке в конечном состоянии: l2 = l1 – ΔL.
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в тетради.
| l1, м | р1, Па | ΔL, м | h, м | l2, м | рв, Па | р2, Па |
8. Запишите результаты измерений в виде двойных неравенств:
Сравните полученные интервалы значений и сделайте вывод.
Если интервалы перекрываются, то отношения давлений и длин столба воздуха в трубке при данной относительной погрешности измерений одинаковы, что и подтверждает справедливость проверяемого равенства.
Контрольные вопросы
1. При каких условиях для определения параметров состояния газа можно использовать уравнение pV = const?
2. Почему при выполнении данной работы процесс изменения объёма воздуха можно считать практически изотермическим?
3. Что влияет на точность полученных результатов?
Суперзадание
Определите математическую зависимость между плотностью и давлением воздуха в трубке. Используя результаты, полученные при выполнении данной работы, и термометр, постройте график зависимости плотности воздуха в трубке от давления.
R0 = 735 мм рт. ст. = 735 · 133 Па = 97755 Па
8. Рассчитайте новое давление р1 = (р0 + рg ) воздуха в трубке. Используйте значения плотности воды ρ и ускорения свободного падения g.
p2 = (p1 + pg ) = 97755 + 1000 кг/м 3 · 10 м/с 2 · 0,1 = 97755 + 1000 = 98755 Па.
10. Вычислите относительную погрешность экспериментального подтверждения закона Бойля—Мариотта.
p1l1/p2l2 = (97755 · 0.28) / (98405 · 0.278) = 27371.4 / 27356,59 = 1;
ε = (1 — 1) · 100% = 0%.
Результаты вычислений занесите в таблицу.
| № | Измерено | Вычислено | |||||
| p0 | l2 | l1 | h | p1 | ε | ||
| 1 | 97755 | 0.28 | 0.278 | 0.1 | — | — | — |
| Сред. | 97755 | 0.28 | 0.278 | 0.1 | 98405 | 1 | 0 |
Ответы на контрольные вопросы
1. В чем различие между реальным и идеальным газами?
У реального газа молекулы имеют конечные размеры, пренебрегать которыми нельзя. Между молекулами действуют силы взаимного притяжения, а на очень малых расстояниях проявляются силы отталкивания. Реальные газы не подчиняются уравнению состояния идеального газа или оно выполняется для них приблизительно.
2. При каких условиях реальные газы подчиняются закону Бойля—Мариотта?
Небольшое давление (до 5 атм) и относительно высокие температуры (от 0°C и выше). В этом случае между частицами газа образуется значительное расстояние и почти не наблюдается взаимодействия между ними.
3. Можно ли выполнить лабораторную работу с трубкой, открытой с двух сторон?
Измерения с трубкой, открытой с двух сторон, провести нельзя, поскольку в обоих состояниях давление газа останется неизменным и равным атмосферному.
Лабораторная работа «Изучение изотермического процесса»
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Изучение изотермического процесса.docx
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Исследовать зависимость давления газа данной массы от занимаемого им объёма при постоянной температуре.
Запаянная с одной стороны стеклянная трубка длиной около 60 см и диаметром 9 – 12 мм, заполненный водой комнатной температуры большой сосуд высотой не менее 60 см и шириной не менее 5 см, мерная лента, барометр-анероид (один на класс).
С точки зрения молекулярно-кинетической теории идеальный газ — это газ, при описании которого можно пренебречь силами взаимодействия между молекулами, а также размерами самих молекул. Из этого следует, что идеальный газ должен быть разреженным газом, в котором расстояния между молекулами велики и, следовательно, силы взаимодействия малы, а объём, суммарно занимаемый самими молекулами, существенно меньше объёма сосуда, в котором они находятся. Опыты показывают, что при атмосферном давлении реальные газы подчиняются газовым законам. Если газ подчиняется газовым законам, то его можно считать идеальным. Идеальный газ — модель реального газа. Уравнение Клайперона для идеального газа имеет вид:
,
при этом масса газа остаётся постоянной. Частный случай уравнения Клайперона — полученный экспериментально закон Бойля-Мариотта: “Для газа постоянной массы при постоянной температуре произведение давления газа на его объём есть величина постоянная:
при 
и 
”.
Это уравнение можно записать по-другому:
Исследование изотермического процесса
Исследование изотермического процесса
Цель работы: проверка соотношения между изменениями объема и давления определенного количества газа при его изотермическом сжатии.
Оборудование: Прозрачная трубка с кранами на концах, мерный цилиндр, измерительная лента.
В соответствии с законом Бойля-Мариотта соотношение между изменениями объема и давления определенного количества газа при его изотермическом сжатии должно иметь вид 
, где 
и 
– объемы, занимаемые газом соответственно до и после сжатия, а 
и 
– его давления.
Объектом изучения в работе является воздух, находящийся внутри прозрачной трубки. В исходном состоянии он имеет следующие параметры. Давление равно атмосферному. Объем равен объему внутренней полости трубки. Температура соответствует температуре воздуха в помещении.
Второе состояние получают путем сжатия. Для этого кран на одном конце закрывают. Второй кран остается открытым. Конец трубки с открытым краном погружают в мерный цилиндр, который предварительно заполняют водой комнатной температуры, не долив до верхнего края 15 – 20 мм. Кран опускают до дна цилиндра. Через открытый кран в трубку заходит вода и сжимает воздух до тех пор, пока его давление не сравняется с внешним давлением. Таким образом параметры воздуха во втором состоянии окажутся следующими: объем будет равен объему внутренней полости за вычетом объема воды, вошедшей в трубку. Давление возрастет на величину гидростатического давления столба воды в цилиндре. Температура не изменится.
Объем внутренней полости определяется произведением площади поперечного сечения трубки на ее длину. Поскольку поперечное сечение трубки не меняется, объем воздуха удобно измерять в условных единицах. За условную единицу принимают единицу длины воздушного столба.
Итак, в исходном состоянии давление определяется по показаниям барометра-анероида, а объем – измерительной лентой по длине внутренней полости.
Для измерения давления во втором состоянии измеряют разницу уровней воды в мерном цилиндре и в трубке – h. По формуле для расчета гидростатического давления жидкости вычисляют давление столба воды: 
, где 
– плотность воды. Давление воздуха во втором состоянии будет равно сумме атмосферного и гидростатического давлений.
Для определения объема воздуха во втором состоянии измеряют длину столба воды, вошедшей в трубку. Из измеренной ранее длины трубки вычитают длину столба воды.
Завершив измерения, находят произведения давления на объем воздуха в первом и во втором состояниях. Сравнивая полученные числа, делают вывод о справедливости закона Бойля-Мариотта.
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
Физика. 10 класс
Изучение изотермического процесса
Цель: исследовать зависимость давления газа данной массы от занимаемого им объёма при постоянной температуре.
Оборудование: прозрачная силиконовая трубка диаметром 8–10 мм с зажимом или пробкой на конце (стеклянная трубка диаметром 10–12 мм и длиной 60 см, запаянная с одного конца); мензурка (250 мл) с водой комнатной температуры; поддон; измерительная лента (линейка); барометр-анероид (один на класс).
Вывод расчётной формулы
Поскольку внутренняя полость трубки имеет форму цилиндра и площадь S её поперечного сечения одинакова по всей длине трубки, то V1 = Sl1 и V2 = Sl2, где l1 и l2 — длины столба воздуха в трубке в начальном и конечном состояниях соответственно.
При выполнении работы проверяют справедливость этого равенства.
Порядок выполнения работы
1. Закройте зажим на конце силиконовой трубки. Измерьте: длину l1 столба воздуха в трубке и давление p1 воздуха (используя барометр-анероид) в начальном состоянии.
2. Поставьте мензурку на поддон и заполните её водой комнатной температуры так, чтобы при погружении трубки вода в мензурке поднялась до её верхнего края. Погрузите в воду трубку так, чтобы её открытый конец оказался у дна мензурки ( рис. 229 ). Наблюдайте за поступлением воды в трубку. Когда оно прекратится, измерьте длину ΔL столба воды, вошедшей в трубку.
3. Измерьте разность уровней h воды в мензурке и трубке и вычислите длину l2 столба воздуха в трубке в конечном состоянии: l2 = l1 – ΔL.
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу в тетради.
| l1, м | р1, Па | ΔL, м | h, м | l2, м | рв, Па | р2, Па |
8. Запишите результаты измерений в виде двойных неравенств:
Сравните полученные интервалы значений и сделайте вывод.
Если интервалы перекрываются, то отношения давлений и длин столба воздуха в трубке при данной относительной погрешности измерений одинаковы, что и подтверждает справедливость проверяемого равенства.
Контрольные вопросы
1. При каких условиях для определения параметров состояния газа можно использовать уравнение pV = const?
2. Почему при выполнении данной работы процесс изменения объёма воздуха можно считать практически изотермическим?
3. Что влияет на точность полученных результатов?
Суперзадание
Определите математическую зависимость между плотностью и давлением воздуха в трубке. Используя результаты, полученные при выполнении данной работы, и термометр, постройте график зависимости плотности воздуха в трубке от давления.