Школьные мини-лаборатории «NOVA5000»

162
Часть 2
Оборудование
: базовая модель NOVA5000 с четырьмя дат-
чиками температуры, два стаканчика с мерными делениями,
пачка бумажных салфеток, миллиметровая бумага, кусок
толстой проволоки длиной около 15—20 см с ПВХ изоля-
цией, изогнутый в форме подковы, концы проволоки осво-
бождены от изоляции и расплющены. Можно использовать
толстую (с поперечным сечением 30—100 мм
2
) медную или
алюминиевую проволоку. Горячая и холодная вода по требо-
ванию.
Ход работы
: подготавливаются к измерениям лаборато-
рия NOVA5000 и датчики температуры. В каждый стаканчик
можно опустить от одного до четырёх датчиков температуры
в разные места объёма. Это нужно для проверки того, что
температура воды во всём объёме стакана примерно одина-
кова. В один стаканчик наливается холодная вода с темпера-
турой ниже комнатной, а в другой — горячая вода с темпе-
ратурой выше комнатной. В стаканчики опускаются разные
концы толстой проволоки. По изменению температур воды
в стаканах вычисляется удельная теплопроводность матери-
ала проволоки. Длина изолированного участка проволоки
и площадь его поперечного сечения измеряются с помощью
миллиметровой бумаги.
Меры предосторожности
, принимаемые для того, чтобы
увеличить точность измерений и уменьшить тепловые потери
или «приобретения»: желательно, чтобы разница температур
воды и комнаты не превышала 15 градусов. Тогда тепловые
потоки от окружающей среды к холодной воде или от горячей
воды к окружающей среде будут не слишком велики. Для
оценки мощности соответствующих потоков нужно последить
за показаниями приборов, помещённых в изолированные ста-
канчики, в которые ещё не опущены концы проволоки. Перед
началом регистрации данных в эксперименте с проволокой
нужно выждать некоторое время, в течение которого в прово-
локе установится стационарное распределение температуры,
и затем быстро сменить воду в обоих стаканчиках. Только
после этого стоит регистрировать зависимости показаний
приборов от времени. Для оценки времени выжидания можно
окунуть проволоку, имеющую комнатную температуру, обо-
ими её концами только в один стаканчик и последить за

Экспериментальные задачи физических олимпиад
163
изменением показаний термометров. Следует использовать
бумажные салфетки для термоизоляции стаканчиков и про-
волоки.
Освещённость—1
Задание
: получите зависимость освещённости от рассто-
яния до источника света в двух случаях: источник имеет
малые размеры (точечный), источник представляет собой
длинный светящийся цилиндр.
Оборудование
: мини-лаборатория NOVA5000, оснащённая
датчиками освещённости с разными чувствительностями, ав-
томобильная лампочка накаливания 12 В
×
50 Вт на штати-
ве с источником питания, люминесцентный источник света
в форме длинного цилиндра с блоком питания на штативе,
соединительные провода. Большой кусок картона, покрашен-
ного с одной стороны чёрным цветом, а с другой стороны —
белым (из него можно сделать коробку для затемнения боль-
ших размеров, чтобы в ней поместилось оборудование без
экспериментатора и блока NOVA5000). Линейка с миллимет-
ровыми делениями, нитка, липкая лента, ножницы.
Предполагаемые действия: на столе устанавливается обо-
рудование. Линейка приклеивается к поверхности стола. К
штативу с источником света крепится нитка и вытягивается
вдоль линейки. Изготавливается картонная коробка с внут-
ренними чёрными стенками. Собранная установка накрыва-
ется картонной коробкой, и коробка крепится к столу липкой
лентой. Положение источника света можно менять с помо-
щью нитки, передвигая его под коробкой вдоль поверхности
стола. Без коробки провести достаточно точные измерения
невозможно, так как мешает внешнее освещение.
Освещённость—2
Задание
: получите зависимость яркости свечения лампоч-
ки накаливания в видимом диапазоне длин волн от подводи-
мой к ней электрической мощности.
Оборудование
: мини-лаборатория NOVA5000, оснащённая
датчиками освещённости с разными чувствительностями, ав-

164
Часть 2
томобильная лампочка накаливания 12 В
×
50 Вт на штативе
с источником питания, амперметр, вольтметр, картонная ко-
робка с чёрными внутренними стенками, светофильтр, выде-
ляющий свет вблизи длины волны 0,5 мкм (0,48—0,56 мкм).
КПД преобразования электроэнергии в свет лампочкой
накаливания
Поскольку глаза человека наполнены водой, участок спек-
тра электромагнитных волн, пропускаемых водой, примерно
совпадает с видимым глазами диапазоном длин волн.
Задание
: определите долю энергии видимого света в из-
лучении, создаваемом лампочкой накаливания, работающей
в номинальном режиме. В качестве фильтра, поглощающего
ИК-излучение и пропускающего видимый свет, используйте
прозрачную воду.
Оборудование
: мини-лаборатория NOVA5000, оснащённая
четырьмя датчиками температуры. Автомобильная лампочка
накаливания 12В
×
50 Вт на штативе с источником пита-
ния, амперметр, вольтметр. Три тонкостенных плоскодон-
ных стеклянных цилиндрических стакана одинаковой высо-
ты (около 15 см) с разными диаметрами (стаканы входят
друг в друга с зазорами шириной около 1 см; во внутренний
стакан свободно входит лампочка с зазорами порядка 1 см).
Стеклянная мензурка с делениями объёмом 150—200 мл.
Прямоугольный кусок бархатной бумаги чёрного цвета или
кусок чёрной бархатной ткани с такими размерами, чтобы
можно было обернуть боковую поверхность стакана с самым
большим диаметром. Чистая вода по требованию.
Предполагаемое решение
. Стаканы помещаются соосно
внутрь друг в друга. Внешний и внутренний стаканы напол-
няются водой, объёмы залитой воды измеряются мензуркой.
Получается воздушный зазор между средним и внутрен-
ним стаканами. Бархатная бумага сворачивается в цилиндр
и опускается в воду внутрь внешнего стакана. Лампочка до
её включения (!), то есть в холодном состоянии погружается
полностью в воду внутрь самого маленького по диаметру ста-
кана. Датчики температуры помещаются во внутренний слой
воды и во внешний слой воды. Всё, что проходит сквозь про-

Экспериментальные задачи физических олимпиад
165
зрачную воду в видимом диапазоне длин волн, поглощается
чёрной бумагой, а большая часть ИК-излучения будет погло-
щена водой во внутреннем стакане самого малого диаметра.
По изменению температуры воды можно вычислить тепловые
мощности, выделяющиеся во внутреннем слое и во внешнем
слое воды. Суммарная тепловая мощность примерно равна
электрической мощности, подводимой к лампочке. Потери
энергии имеют место только вблизи дна и верха внешнего
стакана, где свет не улавливается чёрной бумагой.

жүктеу/скачать 1,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: