Лабораторные работы по физике Лекции и конспекты по физике Лекции по термодинамике Электростатика Механика, термодинамика Кинематика, гидродинамика

Лабораторные работы по физике

Лабораторная работа № 1-2

Определение плотности твердых тел пикнометром

Цель работы: освоение методов точного взвешивания на аналитических весах, определение плотности твердых тел и типа вещества.

Оборудование: кусочки однородного твердого тела, аналитические весы типа “W”, пикнометр, разновес, сосуд с дистиллированной водой, фильтровальная бумага, термометр, пипетка.

Введение

Плотность rТ однородного вещества определяется отношением: , где m – масса вещества, V – объем. Масса вещества может быть найдена с помощью взвешивания тела на аналитических весах, объем – с помощью пикнометра и ряда операций взвешивания на аналитических весах.

В данной работе используются аналитические весы типа “W”, предельная нагрузка которых составляет 200 г, а точность отсчета – 0,1 мг. Прилагается инструкция с описанием аналитических весов.

Основные правила взвешивания следующие:

1. Весы в свободном состоянии необходимо арретировать, т. е. поднять основную часть аналитических весов – коромысло. Арретирование производится медленно и плавно.

2. Грузы и разновесы помещаются и снимаются с чашек только после арретирования весов.

3. Измерения проводятся при выключенном арретире.

Пикнометр представляет собой стеклянный сосуд неизменного объема, на горлышко которого нанесена метка. Жидкость в пикнометре должна устанавливаться только на уровне метки. При выполнении лабораторной работы этого добиваются с помощью пипетки. Пикнометр используется для определения объема кусочков твердого тела. Если М – масса пикнометра с дистиллированной водой, а М¢ – масса с водой и кусочками тела, то величина M + m – M¢ представляет собой массу воды, вытесненную из пикнометра этими кусочками. По известной плотности дистиллированной воды rв объем V кусочков твердого тела определяется выражением , а искомая плотность rТ формулой

 

Порядок выполнения работы

1. Набрать кусочки однородного твердого тела (кусочки проволоки) и поместить на одну из чашек аналитических весов. На другую чашку весов поместить разновесы. Взвесить кусочки твердого тела (определить величину m). Масса кусочков должна быть достаточно большой (вместе с пикнометром, наполненным водой около 200 г), чтобы разность в знаменателе выражения для rТ имела наименьшую ошибку.

2. Наполнить пикнометр дистиллированной водой до метки и взвешиванием определить массу М. Уровень воды должен доходить до метки нижним краем мениска. Воду добавлять и отбирать пипеткой. Капельки воды со стенок удалять встряхиванием пикнометра.

3. Поместить в пикнометр с водой кусочки твердого тела, отобрать воду пипеткой до метки и взвешиванием определить массу M¢.

4. Вычислить плотность твердого тела, воспользовавшись формулой для rТ, измеренными средними значениями <m>, <M>, <M¢ > и значениями из таблицы для плотности дистиллированной воды при температуре измерений.

5. Вывести формулу расчета погрешности косвенных измерений плотности твердого тела DrТ и вычислить ее, предварительно найдя погрешности прямых измерений m, M, M¢.

Определить тип твердого тела, используя таблицы плотности твердых тел (металлов).

Дополнительное задание

Учесть влияние выталкивающей силы воздуха, действующей согласно закону Архимеда, при взвешивании тела. Оценить величину поправки, обусловленной выталкивающей силой воздуха, к массе пикнометра с водой М, считая, что масса 1 см3 воздуха 0,0012 г. Плотность дистиллированной воды при различных температурах приведена в таблице.

t, °C

rв, г/см3

t, °C

rв, г/см3

t, °C

rв, г/см3

15

16

17

18

19

20

0,99913

0,99897

0,99880

0,99862

0,99843

0,99823

21

22

23

24

25

26

0,99802

0,99780

0,99757

0,99732

0,99707

0,99681

27

28

29

30

31

32

0,99654

0,99626

0,99597

0,99567

0,99537

0,99505

Контрольные вопросы

1. Какое предельное значение может принимать масса пикнометра с водой и кусочками твердого тела M¢ в данной лабораторной работе?

2. Почему масса кусочков твердого тела, плотность которого определяется, должна быть достаточно большой?

3. Как учитывается температура окружающей среды при измерении плотности твердых тел пикнометром?

4. Как учесть влияние выталкивающей силы воздуха, действующей согласно закону Архимеда, при взвешивании тела?

Список рекомендуемой литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

2. Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С. Ахматова. – М.: Высш. шк., 1980. – 326 с.

3. Физический практикум. Механика и молекулярная физика / Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1967. – 352 с.

Показания гальванометра предварительно градуируются по абсолютно черному телу. Если температура тела очень высока, то на пути лучей дополнительно помещается дымчатый светофильтр.

Если исследуемое светящееся тело не является абсолютно черным, то определяемая с помощью данного пирометра температура будет всегда меньше истинной. Она носит название яркостной температуры. Для определения истинной температуры необходимо знать относительную излучательную способность тела. Для многих материалов эти значения также представлены в справочной литературе.

 

Лабораторная работа 3.01. Определение температуры оптическим пирометром

Цель работы: приобретение навыков работы с оптическим пирометром; экспериментальная проверка закона Стефана-Больцмана.

Принадлежности: оптический пирометр ОППИР-09,

 

1.2.1. Описание установки и методики измерений

Рис.1.5

Оптический яркостный пирометр с исчезающей нитью (рис.1.5) состоит из трубы 1, внутри которой между окуляром 2 и объективом 3 помещена эталонная электрическая лампочка 4, имеющая спираль в форме полуокружности 5. Параллельно лампе включен вольтметр 6, шкала которогопроградуирована в градусах температуры по Цельсию. Отсчет берется по верхней шкале для измерения температуры от 800 до 1400°С. Для измерения более высоких температур (до 2000 °С), обозначенных на нижней шкале, в поле зрения вводится ослабляющий (дымчатый) светофильтр 7, который в данной работе не используется.

Рис.1.6

Накаленным телом является вольфрамовая спираль 8, помещенная в стеклянный баллон, температура которой может меняться с помощью регулируемого источника переменного тока 9. В окуляр наблюдают одновременно среднюю часть нити накала эталонной лампочки и поверхность исследуемой спирали (рис.1.6). Красный светофильтр 10, помещенный в окуляр, пропускает почти монохроматический свет, испускаемый накаленными телами (l @ 0,65 мкм). Это позволяет при визуальном наблюдении спиралей сравнивать только их яркости и не обращать внимание на цветовые оттенки спектров, восприятие которых индивидуально для каждого наблюдателя.


Физика выполнение лабораторных работ. Лекции и конспекты