Інформація для вчителя
Застосування
Схема досліду з дослідження закону Бойля - Маріотта
Закон Бойля - Маріотта названо на честь фізиків Роберта Бойля та Едма Маріотта. Вони відкрили його незалежно один від одного.
Закон стверджує: тиск ідеального газу за сталої температури і сталої кількості речовини обернено пропорційний до його об'єму.
Якщо збільшити тиск на ідеальний газ, його об'єм зменшиться. Якщо тиск знову знизити, газ розшириться.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Інша інформація для вчителя (1/2)
Попередні знання
Учні вже мають володіти основними знаннями про тиск і об'єм.
Принцип
Принцип, який опрацьовують у цьому досліді, називають законом Бойля - Маріотта. Він спирається на те, що тиск ідеального газу за сталої температури обернено пропорційний до його об'єму. Наочно це виглядає так: за незмінної температури молекули газу відштовхуються одна від одної тим сильніше, що менший об'єм.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
На U-подібній трубці, зібраній зі шланга і скляних трубок, учні мають довести, що для замкненої кількості газу добуток тиску на об'єм є сталим.
Завдання
Для цього вони мають виміряти різницю висот між рівнями води при зміні наявного тиску і показати цей зв'язок обчисленням та графіком.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Зауваження
- Числово атмосферний тиск у дорівнює значенню в . Значення в або відповідає системі SI: .
Результат , тобто твердження закону Бойля - Маріотта, справджується лише за сталої температури (наприклад, сталої кімнатної).
В обох випадках конче потрібно використати всю різницю висот аж до підлоги. Лише тоді зміни тиску й об'єму будуть достатньо великі, щоб справді довести закон Бойля - Маріотта.
Атмосферний тиск учні мають самі зчитати з наявного барометра, або ж його називає вчитель. Якщо ні те, ні те неможливе, можна взяти значення .
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учня
Мотивація
Переднє колесо велосипеда
Щоб накачати колесо велосипеда, ти насосом наповнюєш камеру повітрям. Ця камера має певний найбільший об'єм, і з якогось моменту заганяти в неї повітря стає помітно важче, бо тиск у колесі дедалі зростає. Тиск зростає тому, що об'єм камери обмежений, і повітря доводиться стискати. Але спершу треба так сильно стиснути об'єм у насосі, щоб перевищити наявний тиск у камері за ніпелем.
У цьому досліді ти дослідиш, як пов'язані тиск і об'єм газу.
Завдання
У цьому досліді ти дослідиш так званий закон Бойля - Маріотта.
Для цього ти змінюватимеш тиск на об'єм повітря, замкнений в U-подібній трубці, і вимірюватимеш зміщення стовпчиків рідини, яке при цьому виникає.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 | 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., з різьбою, l = 600 мм, d = 10 мм | 02035-00 | 1 | 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 4 | Скляні трубки, d = 8 мм, l = 250 мм, 10 шт. | 36701-68 | 1 | 5 | ПВХ-шланг, внутрішній d = 7 мм, погонний метр | 03985-00 | 2 | 6 | Тримач скляних трубок із затискачем для мірної стрічки | 05961-00 | 1 | 7 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 | 8 | Шприц, 20 мл, LUER, 100 шт. | 02591-10 | 1 | 9 | Заглушка (гумовий ковпачок), 20 шт. | 43903-01 | 1 | 10 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 | 11 | Штангенциркуль, пластик | 03011-00 | 1 |
|---|
Складання (1/4)
З'єднай обидві половини штативної основи штативним стрижнем завдовжки 250 мм і зафіксуй їх.
Згвинти між собою розбірний стрижень завдовжки 600 мм.
Постав стрижень 600 мм у передню половину штативної основи і закріпи гвинтом.
Складання штативної основи
Згвинчування штативних стрижнів
Кріплення затискним гвинтом
Складання (2/4)
Затисни тримач скляних трубок на довгому штативному стрижні.
Потім затисни в тримачі мірну стрічку.
Кріплення тримача скляних трубок на штативному стрижні
Кріплення мірної стрічки на тримачі скляних трубок
Складання (3/4)
Складання U-подібної трубки
Збери зі скляних трубочок і силіконового шланга U-подібну трубку. Довжина шланга має бути понад 1,5 м.
- Закріпи U-подібну трубку якомога вище на штативному стрижні.
- За потреби змасти трохи гліцерином місця з'єднання скляних трубочок зі шлангом.
Налий у U-подібну трубку води за допомогою шприца (без поршня, як лійки), доки обидві скляні трубочки не заповняться наполовину.
Наповнення U-подібної трубки водою
Складання (4/4)
Щільно надінь на ліву скляну трубочку гумовий ковпачок.
Переставляй U-подібну трубку так, щоб вода в обох колінах знову стояла на одній висоті.
Познач рівень води в лівій скляній трубочці маркером.
Надівання гумового ковпачка на U-подібну трубку
Позначення рівня води
Виконання (1/3)
Вимірювання внутрішнього діаметра
- Виміряй штангенциркулем внутрішній діаметр скляних трубочок.
- Виміряй атмосферний тиск або дізнайся його у вчителя. У крайньому разі візьми .
- Виміряй висоту стовпа повітря над позначкою в лівій скляній трубочці.
- Запиши виміряні значення в протокол.
Вимірювання висоти стовпа повітря
Виконання (2/3)
Опускання правої скляної трубочки
Зниження тиску в замкненому об'ємі:
- Вийми праву скляну трубочку з тримача і крок за кроком опускай її нижче, аж до підлоги.
- Для кожної висоти (відстань рівня води в лівій скляній трубці від позначки) запиши висоту (різниця рівнів води в правій і лівій скляних трубках).
- Виміряй 6 пар значень і внеси їх у таблицю 2 в протоколі.
Виконання (3/3)
Опускання лівої скляної трубочки
Підвищення тиску в замкненому об'ємі:
- Закріпи праву скляну трубочку назад у тримачі, вийми ліву і крок за кроком опускай її нижче, як перед тим праву, аж до підлоги.
- Знову для кожної висоти (відстань рівня води в лівій скляній трубці від позначки) запиши висоту (різниця рівнів води в правій і лівій скляних трубках).
- Виміряй знову 6 пар значень і внеси їх у таблицю 3 в протоколі.
Протокол
Таблиця 1
h [см]:
d_i [мм]:
Спершу запиши свої виміряні значення сталих досліду в сусідні поля.
p_0 [гПа]:
Вказівки до таблиць 2 і 3:
Обчисли об'єм замкненої кількості газу за формулою:
( для зниження тиску, для підвищення тиску)
Обчисли тиск у замкненому об'ємі газу за формулою:
( для зниження тиску, для підвищення тиску)
Таблиця 2
Таблиця 2 (зниження тиску)
Вимірювання 1a: h_1 [см]:
Вимірювання 1a: h_2 [см]:
Вимірювання 1a: V [см^3]:
Вимірювання 1a: p [гПа]:
Вимірювання 1a: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 1b: h_1 [см]:
Вимірювання 1b: h_2 [см]:
Вимірювання 1b: V [см^3]:
Вимірювання 1b: p [гПа]:
Вимірювання 1b: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 1c: h_1 [см]:
Вимірювання 1c: h_2 [см]:
Вимірювання 1c: V [см^3]:
Вимірювання 1c: p [гПа]:
Вимірювання 1c: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 1d: h_1 [см]:
Вимірювання 1d: h_2 [см]:
Вимірювання 1d: V [см^3]:
Вимірювання 1d: p [гПа]:
Вимірювання 1d: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 1e: h_1 [см]:
Вимірювання 1e: h_2 [см]:
Вимірювання 1e: V [см^3]:
Вимірювання 1e: p [гПа]:
Вимірювання 1e: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 1f: h_1 [см]:
Вимірювання 1f: h_2 [см]:
Вимірювання 1f: V [см^3]:
Вимірювання 1f: p [гПа]:
Вимірювання 1f: p*V [гПа*см^3]:
Запиши свої виміряні значення для частини досліду зі зниженням тиску в сусідню таблицю.
Обчисли відповідні тиски й об'єми. Для кожної пари виміряних значень визнач добуток і так заповни таблицю.
Таблиця 3
Таблиця 3 (підвищення тиску)
Вимірювання 2a: h_1 [см]:
Вимірювання 2a: h_2 [см]:
Вимірювання 2a: V [см^3]:
Вимірювання 2a: p [гПа]:
Вимірювання 2a: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 2b: h_1 [см]:
Вимірювання 2b: h_2 [см]:
Вимірювання 2b: V [см^3]:
Вимірювання 2b: p [гПа]:
Вимірювання 2b: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 2c: h_1 [см]:
Вимірювання 2c: h_2 [см]:
Вимірювання 2c: V [см^3]:
Вимірювання 2c: p [гПа]:
Вимірювання 2c: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 2d: h_1 [см]:
Вимірювання 2d: h_2 [см]:
Вимірювання 2d: V [см^3]:
Вимірювання 2d: p [гПа]:
Вимірювання 2d: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 2e: h_1 [см]:
Вимірювання 2e: h_2 [см]:
Вимірювання 2e: V [см^3]:
Вимірювання 2e: p [гПа]:
Вимірювання 2e: p*V [гПа*см^3]:
Вимірювання 2f: h_1 [см]:
Вимірювання 2f: h_2 [см]:
Вимірювання 2f: V [см^3]:
Вимірювання 2f: p [гПа]:
Вимірювання 2f: p*V [гПа*см^3]:
Запиши свої виміряні значення для частини досліду з підвищенням тиску в сусідню таблицю.
Обчисли відповідні тиски й об'єми. Для кожної пари виміряних значень визнач добуток і так заповни таблицю.
Завдання 1
Візьми аркуш паперу і побудуй на ньому графік.
На цьому графіку треба відкласти тиск (вісь ) залежно від об'єму (вісь ).
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання