3 etap 2007 experimental problems, Zadania z olimpiad fizycznych, Białoruskie olimpiady fizyczne
[ Pobierz całość w formacie PDF ] УТВЕРЖДЕНО Заместитель председателя оргкомитета заключительного этапа Республиканской олимпиады _________________ К.С. Фарино «___» декабря 2006 года Республиканская физическая олимпиада 2007 год (III Этап) Экспериментальный тур 9 класс. 1. Полный комплект состоит из двух заданий, на выполнение каждого из них отводится два с половиной часа. Ознакомьтесь сразу с обеими задачами, что бы разумно спланировать свое время. 2. Ознакомьтесь с перечнем оборудования – проверьте его наличие и работоспособность. При отсутствии оборудования или сомнении в его работоспособности немедленно обращайтесь к представителям оргкомитета. 3. При оформлении работы каждую задачу и каждую ее часть начните с новой страницы. Первая половина тетради предназначена для чистовика – вторая черновика. При недостатке бумаги – обращайтесь к оргкомитету, обеспечим! 4. Все графики рекомендуем строить на миллиметровой бумаге, которую вложите внутрь своей тетради. 5. Подписывать тетради, отдельные страницы и графики запрещается. 6. В ходе работы можете использовать ручки, карандаши, чертежные принадлежности, калькулятор. 7. Со всеми вопросами, связанными с условиями задач (но не с их решениями), обращайтесь к представителям Жюри. Желаем успехов в выполнении данных заданий! 1 Задание 1. «Очень малые сопротивления» В данной задаче вам необходимо, используя простое школьное оборудование, измерить малые сопротивления стальной проволоки, соединительного провода, амперметра. Если в качестве источника вам предоставлена батарейка, то подключайте ее к цепи только на время измерений. Отключайте ее от цепи с помощью ключа, когда измерения не проводятся. Иначе батарейка может быстро разрядиться! Приборы и оборудование: 1. Вольтметр школьный 6 В. 2. Амперметр школьный 2 А. 3. Реостат. 4. Ключ 5. Провода соединительные. 6. Линейка 40 см. 7. Источник питания ЛИП, или батарейка 4,5 В. 8. Скотч узкий (один на всех) 9. Проволока стальная без изоляции. Выберите два одинаковых соединительных проводка (в наборе они должны быть отмечены). В дальнейшем амперметр и вольтметр подключайте к другим приборам только с помощью этих выделенных проводов – вам необходимо будет определить их сопротивление! Изготовьте реохорд (если его не сделали для вас другие): натяните стальную проволоку без изоляции вдоль шкалы линейки и закрепите ее концы с помощью скотча. Вам придется «подключаться не только к концам проволоки, но и к ее центральной части – последнее проводите с помощью кусочка жесткой проволочки – щупа. Для лучшего контакта хорошо прижимайте пальцами щуп к боковой поверхности проволоки при измерениях. В дальнейшем на схемах данный реохорд обозначается как удлиненный переменный резистор: «традиционный» реостат обозначается «традиционно»: Часть 1. Сопротивление проволоки. Соберите электрическую схему, показанную на рисунке 1. 2 1.1 Измерьте зависимость напряжения на участке проволоки (длиной x и силы тока в цепи от длины участка x при двух положениях движка реостата. Сила тока в цепи не должна превышать 1,3 А. 1.2 Постройте графики полученных зависимостей. Кратко объясните вид полученных зависимостей. 1.3 Используя полученные данные, определите r - сопротивление 1 мм стальной проволоки. Часть 2. Реостат. 2.1. Используя имеющиеся приборы, установите движок реостата так, чтобы его сопротивление между выводами равнялось 0 = . Нарисуйте схему, с помощью которой вам удалось выполнить данное задание. Приведите результаты необходимых измерений. R 1 Ом В дальнейшем сопротивление реостата не изменяйте! Часть 3. Амперметр и соединительные провода. 3.1. Соберите схему, показанную на рис. 2 . Амперметр подключайте с помощью выделенных соединительных проводов. Один из этих проводов присоедините к концу проволоки реохорда, к концу второго подключите щуп. Провод от источника подключайте к клемме амперметра, а не к концу проволоки реохорда. Будьте аккуратны при проведении этих измерений (как, впрочем, и остальных). 3.2 Измерьте зависимости силы тока через амперметр и напряжения на реостате от длины участка проволоки x , к которой подключен амперметр. Постройте графики этих зависимостей. 3.3 Получите теоретическую формулу, связывающую измеренные значения силы тока и напряжения с длиной участка x . В эту формулу должны входить и параметры вашей цепи: сопротивления реостата R , сопротивление амперметра R , сопротивление единицы длины проволоки реохорда r , сопротивление выделенных соединительных проводов R . с . п . 3.4 Используя полученные в п. 3.2 экспериментальные данные, проверьте справедливость полученной формулы. Определите сопротивление амперметра и выделенного соединительного провода. Погрешность результатов в данном пункте оценивать не следует, так как измерения носят оценочный характер. 3 Задание 2. «Неупругий удар» При столкновениях пластичных тел (например, шариков из пластилина) происходит неупругий удар – удар, при котором часть кинетической энергии шариков переходит во внутреннюю энергию. В данной задаче предлагается исследовать столкновения именно в случае неупругого удара. Приборы и оборудование: 1. Штатив. 2. Линейка 40 см. 3. Пластилин (на одного участника один целый брусок) 4. Нитки. 5. Две скрепки. Соберите установку, показанную на фотографии и на схеме. Линейку удобно закрепить на краю стола. Чтобы уменьшить закручивание нитей каждый шарик удобно подвешивать на двух расходящихся нитях (бифилярный подвес). Длина повеса должна быть не менее 60 см. К нижней части подвеса привяжите скрепку, к которой удобно прикреплять пластилиновые шарики. Для измерения отношения масс шариков можете использовать линейку как рычажные весы. Рекомендация: удобно изготавливать шарики, массы которых относятся как целые числа: 1:2, 2:1, 3:4 и т.д. Вам предстоит исследовать столкновения шариков, один из которых изначально неподвижен – желательно, чтобы после столкновения шарики двигались вместе. Обозначим массу движущегося (ударяющего) шарика m , а массу m 0 m неподвижного - m , а их отношение = η . Начальное отклонение нити от вертикали, 1 измеренное по линейке обозначим x , а максимальное отклонение после удара - x . Часть 1 – Теоретическая. 1.1 Рассмотрите неупругий удар при котором один шарик массой m покоится, а второй массой m налетает на него со скоростью v . Покажите, что скорость слипшихся шариков после удара определяется формулой m v = 0 v . (1) 1 0 m + m 0 1 1.2 Покажите, что отношение количества теплоты, выделившейся при неупругом ударе, к начальной кинетической энергии шарика определяется формулой Q m 1 = . (2) E m + m 0 1 0 4 1.3 Проанализируйте движение шариков в вашей установке. Покажите, что при малых углах отклонения (а в данной задаче их можно считать малыми, если длина подвеса значительно превышает величины отклонений) потенциальная энергия шарика пропорциональна квадрату отклонения нити x и массе шарика m 2 U = , (1) где A - постоянный коэффициент, зависящий только от геометрических параметров установки; а скорость шарика в нижней точке пропорциональна максимальному отклонению Bx Amx v = 0 , (2) где B - постоянный коэффициент, зависящий только от геометрических параметров установки. Часть 2. Отношение скоростей. 2.1 Измерьте зависимости отклонения слипшихся шариков после удара x от начального m m 0 = m 0 = m отклонения ударяющего шарика при отношении их масс равных 1 и 2 . 1 1 Постройте графики полученных зависимостей. 2.2 На основании полученных экспериментальных данных проверьте, можно ли считать, что отношение скорости шариков после удара к скорости ударяющего шарика является постоянной величиной. Проверьте выполнимость формулы (1) в вашем случае. Часть 3. Потери энергии. 3.1 Измерьте зависимость отношения скорости шариков после удара к скорости шарика до удара при неизменном начальном отклонении x . Постройте график этой зависимости. 3.2 Постройте график зависимости относительных потерь механической энергии при Q m 0 неупругом ударе δ от отношения масс шариков. = η . E m 0 1 3.3 Сравните полученные графики с теоретическими зависимостями. Объясните полученные результаты. При необходимости внесите корректировки и поправки в ваши расчеты. 5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pldoc.pisz.plpdf.pisz.plstyleman.xlx.pl
|