Інформація для вчителів
Застосування (1/2)
Дослід має продемонструвати перетворення механічної енергії у внутрішню.
Механічна енергія тіла - це сума потенціальної та кінетичної енергій. Одиниця механічної енергії - джоуль (Дж) або ньютон-метр (Н·м).
Рис. 1 установка досліду
Застосування (2/2)
Енергія показує, наскільки велика енергія запасена в замкненій системі (тілі). Це сумарна енергія всіх частинок (атомів, молекул) тіла, і складається вона із суми енергій руху - поступального, обертального й коливального, - потенціальних енергій та енергій зв'язку.
Механічну енергію можна перетворити на інші форми енергії й передати від одного тіла іншим тілам.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні вже мають володіти теоретичними знаннями про стани енергії. Крім того, добре, якщо вони вже знають різницю між механічною і тепловою енергією.
Принцип
У цьому досліді потенціальна енергія дробинок під час падіння в трубці перетворюється спершу на кінетичну, а потім на теплову енергію (трубка Вайтінга).
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Учні дізнаються, що кінетична енергія дробинок перетворюється на теплову.
Завдання
Учні багато разів дають дробинкам упасти з певної відстані й вимірюють, наскільки сильно вони від цього нагріваються.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Додаткова інформація
У цьому досліді потенціальна енергія дробинок під час падіння в трубці перетворюється спершу на кінетичну, а потім на внутрішню енергію (трубка Вайтінга).
Примітки
- Термометр треба завжди просувати в корок і крізь отвір за допомогою гліцерину (рис. 7).
- Штативна конструкція слугує для безпечного засипання дробинок у трубку (рис. 4).
- Треба стежити, щоб обидва корки сиділи міцно, а під час перевертання трубку слід братися пальцями лише за обидва кінці.
- Трубку треба перевернути щонайменше 100 разів - лише тоді різниця температур стає вимірною.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Рис. 2 установка досліду
Чому ми тремо руки, щоб зігрітися, коли стає холодно.
При цьому механічна енергія перетворюється на теплову.
Механічну енергію можна перетворити на інші форми енергії й передати від одного тіла іншим тілам.
У досліді перетворення механічної енергії на теплову унаочнюють тим, що дробинки багато разів падають з певної відстані.
Завдання
Рис. 3 установка досліду
Чи можна перетворити потенціальну енергію на теплоту?
Дай дробинкам багато разів упасти з певної відстані й визнач, наскільки сильно вони від цього нагріваються.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 5 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 6 | Трубка, пластик PMMA, d = 30 мм, l = 400 мм | 04446-00 | 1 |
| 7 | Гумовий корок 26/32, без отвору | 39258-00 | 1 |
| 8 | Гумовий корок 26/32, отвір 7 мм | 39258-01 | 1 |
| 9 | Дробинки, d = 2 мм, 120 г | 03990-00 | 1 |
| 10 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 |
| 11 | Лабораторний термометр, -10...+50 °C, l=200 мм, занурювана частина 50 мм | 38055-00 | 1 |
| 12 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 13 | Гліцерин, 250 мл | 30084-25 | 1 |
Складання (1/4)
Увага!
1. Просунь термометр у корок за допомогою гліцерину.
2. Термометр не повинен ударятися об стіл чи інші предмети ні під час складання, ні під час виконання досліду.
Складання
- Склади штатив так, як показано на наступних рисунках.
Рис. 5
Рис. 4
Рис. 6
Складання (2/4)
- Просунь термометр у корок з отвором так, щоб його кінчик виступав приблизно на 1 см.
- Щільно закрий трубку з одного боку корком із термометром.
Рис. 7
Складання (3/4)
Закріпи трубку на штативі.
Рис. 8
Складання (4/4)
- За допомогою лабораторного стакана обережно засип дробинки в трубку.
Рис. 9
Виконання (1/3)
1. Визнач висоту падіння s дробинок, як показано на рисунку.
- Виміряй відстань від верхнього краю дробинок до верхнього краю трубки (рис. 10).
Відніми від неї ту частину верхнього корка, яка згодом входитиме в трубку (рис. 11).
Запиши висоту падіння s у протокол.
Рис. 10
Виконання (2/3)
2. Дослід із падінням
- Щільно закрий трубку зверху корком без отвору.
Зачекай приблизно 1 хв, щоб усе набуло кімнатної температури.
Виміряй і запиши початкову температуру дробинок.
Перевернь трубку 100 разів різким рухом на 180°. Дробинки при цьому не мають ковзати по стінці, а мають якомога вільніше падати вертикально вниз.
Рис. 11
Виконання (3/3)
- Виміряй і запиши кінцеву температуру дробинок.
- Пересип дробинки назад у лабораторний стакан і зачекай приблизно 1 хвилину, щоб вони знову охолонули.
- Повтори дослід ще двічі.
Рис. 12
Протокол
Спостереження
Маса дробинок: m = 120 г
Висота падіння: s = см
Таблиця
Занеси до таблиці початкову температуру і кінцеву температуру дробинок.
1. вимірювання
в °C
в °C
2. вимірювання
3. вимірювання
Завдання 1
Обчисли для кожного вимірювання різницю температур , а потім із них - середнє значення.
в °C
1. вимірювання
2. вимірювання
3. вимірювання
Середнє значення
Завдання 2
Угорі трубки дробинки мають більшу потенціальну енергію, ніж унизу. Різниця становить:
,
де (прискорення вільного падіння). Обчисли різницю потенціальної енергії, якщо дробинки падають цю відстань 100 разів.
Зверни увагу: масу підставляй у кг, а висоту падіння - у м! Тоді одиниці механічної енергії 1 Н·м і теплоти 1 Дж легко переводяться одна в одну: 1 Н·м = 1 Дж.
Завдання 3
Обчисли із середнього значення приріст внутрішньої енергії дробинок.
,
де c = 0,48 Дж/г°C (питома теплоємність сталі).
Q = Дж
Завдання 4
Обчисли різницю енергій, яку було відведено в довкілля як «втрати»:
і коефіцієнт корисної дії процесу перетворення
.
η = %
Завдання 5
Питання
Питання
Завдання 6
Питання
Завдання 7
Наскільки добре потенціальна енергія перетворюється на внутрішню (теплоту)?
Перетягни слова у правильні поля! ____ в принципі повністю перетворюється на ____ (теплоту). Але не лише на внутрішню енергію ____, а й на внутрішню енергію ____, ____ і довкілля.