ВсОШ 2017, Заключителен етап, 9–11 клас — Задача 9-1. 9 класс · Задание 1 · Игра стоит свеч
LI Всероссийская олимпиада школьников по физике · Заключительный этап · Экспериментальный тур
Обложка
LI Всероссийская олимпиада школьников по физике
Заключительный этап
Экспериментальный тур
Методическое пособие
Казань – 2017
Выходные данные
Комплект задач подготовлен
Центральной предметно-методической комиссией
Всероссийской олимпиады школьников по физике
Телефоны: (495) 408-80-77, 408-86-95
E-mail: physolymp@gmail.com
Сайт: physolymp.ru
Собрано в uTEX by И. А. Утешев.
При подготовке оригинал-макета
использовалась издательская система LaTeX 2ε.
© Авторский коллектив
141700, Московская область, г. Долгопрудный
Московский физико-технический институт
Условие
Целью исследования является определение удельной теплоты сгорания парафина, из которого изготовлена свеча.
1. Проведите эксперимент с вертушкой. Для этого установите свечу в поддон и попросите дежурного по аудитории ее зажечь. Установите ветрозащитную трубу. Наденьте на острие оси вертушку. Убедитесь, что она вращается (рис. 9.5).
2. Определите время, через которое вращение вертушки выходит на установившийся режим и период её обращения перестает существенно меняться.
3. Снимите вертушку. Не снимая трубы, затушите свечу. Дождитесь затвердевания парафина и только после этого разберите конструкцию.
4. Определите скорость изменения массы свечи в процессе ее горения с погрешностью не более 5%. Ответ выразите в г/час.
5. Вновь соберите конструкцию с вертушкой, заменив свечу на лампочку (рис. 9.6). Исследуйте зависимость частоты вращения вертушки от электрической мощности, потребляемой лампочкой. Постройте график полученной зависимости.
Используя результаты проведенных исследований, определите удельную теплоту сгорания парафина.
Примечания:
- Не изменяйте угол наклона лопастей вертушки!
- Поддон с горящей свечой или лампочкой должен располагаться на подставке с наклеенным на неё скотчем.
- Устанавливая вертушку на острие оси, следите за тем, чтобы её плоскость была горизонтальна. При нарушении горизонтальности вертушки в процессе вращения, подберите её положение на острие оси более тщательно!
- Установку лампочки проводите в следующей последовательности: отделите вертикальную ось вертушки от поддона, наденьте на нижнюю часть оси проволочную петлю, имеющуюся на лампочке, вновь вставьте ось в поддон (рис. 9.6), отрегулируйте положение лампочки.
Оборудование. Подставка со скотчем, вертушка, свеча, поддон, ось, отрезок трубы, лампочка с проводами, регулируемый источник тока, весы, секундомер, миллиметровая бумага.
Решение
Возможное решение Э-9-1
Результаты, полученные в авторском решении, могут отличаться от результатов эксперимента, проведенного на других установках!
Частота вращения вертушки зависит от мощности, выделяемой источником тепла, в качестве которого может выступать как свеча, так и лампа накаливания. Благодаря наличию защитной трубы почти вся тепловая энергия переходит в энергию восходящего воздушного потока, которой определяется скорость вращения вертушки.
Собираем установку и с интервалом 20 – 30 с измеряем время десяти оборотов вертушки. Через 3 – 5 минут период вращения достигает значения 0,80 – 0,85 с (частота 1,17 – 1,25 с⁻¹).
Дожидаемся остывания установки и извлекаем оттуда свечу. Так как абсолютная погрешность весов 0,03 г, то для обеспечения требуемой точности необходимо, чтобы сгорело не менее 1,2 г парафина. Измеряем массу свечи с помощью весов, затем снова зажигаем её и оставляем гореть на время 30 – 40 минут. После чего проводим повторное измерение массы. Рассчитываем скорость изменения массы свечи. Она составляет 2,2 – 2,6 г/час.
Собираем конструкцию с вертушкой, заменив свечу на лампу. Снимаем зависимость частоты вращения вертушки от мощности (каждый раз дожидаясь выхода на установившийся режим), строим график и аппроксимируем его прямой. Экстраполяция графика до частоты вращения вертушки со свечой равной 1,2 с⁻¹ даёт мощность горящей свечи 31 Вт. Из закона сохранения энергии определяем удельную теплоту сгорания парафина
где – время горения свечи, – изменение её массы.
Оригинал в Архива: finalE17.pdf