Областная олимпиада по физике. г. Могилев. 9 класс. 2018 г. Экспериментальный тур

          

Областная олимпиада по физике. г. Могилев. 9 класс. 2018 г.

Экспериментальный тур

Задача 9-1. Измерение деформаций.

Оборудование: резиновый с петлями, линейка, один груз массой $m = 100$ г, две канцелярских кнопки, воткнутых в торец стола (вынимать и переставлять кнопки не следует).

Перед каждым измерением несколько раз натяните и отпустите резинку. Она обладает «памятью» - несколько ее деформаций эту «память» отшибают!

Интересное наблюдение: Если к резинке приложить некоторую силу, то она растягивается!

Удлинение резинового жгута $\Delta l = l – l_0$ ($l$ - длина резинового жгута в растянутом состоянии, $l_0$ - длина в недеформированном состоянии) зависит не только от приложенной силы, но и от ее длины в недеформированном состоянии $l_0$. Поэтому в качестве меры деформации часто используют относительное удлинение, определяемое по формуле

$\varepsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$. (1)

Задание 1.

1.1 Измерьте зависимость удлинения жгута $\Delta l$ от его длины в недеформированном состоянии $l_0$ при постоянной массе подвешенного к резинке груза (а у вас и имеется только $1$ груз).

1.2 Постройте график полученной зависимости.

1.3 На основании полученных данных укажите, можно ли считать, что относительная деформация зависит только от приложенной нагрузки.

1.4 Сила упругости $F$, возникающая при деформации, зависит от относительной деформации $\varepsilon$. Коэффициент пропорциональности между этими величинами $k = \frac{F}{\varepsilon}$  назовем коэффициентом упругости. Рассчитайте значение этого коэффициента для вашего резинового жгута. Оцените погрешность найденного значения.

Задание 2. «Творческое»

В этом задании вам необходимо исследовать зависимость силы упругости резинки $F$ от ее относительной деформации $\varepsilon$.

2.1 Предложите методику измерения такой зависимости. используя только имеющееся оборудование. Кратко ее опишите: нарисуйте схему установки, укажите какие величины вы будете измерять, приведите формулы для расчета силы упругости и относительной деформации.

2.2 Проведите необходимые измерения для исследования зависимости силы упругости от деформации. Приведите результаты прямых измерений и расчетов. Постройте график полученной зависимости.

2.3 Качественно объясните полученную зависимость (не более $5$ предложений).

Задача 9-2. Выполняется ли закон Ома?

Если Вы не умеете пользоваться мультиметром (измерять напряжение, силу тока, сопротивление), то обращайтесь за консультацией к организаторам олимпиады!

Оборудование: Источник постоянного напряжения, реостат, переменный проволочный резистор с 6 выводами, мультиметр, соединительные провода.

Во многих экспериментальных задачах требуется изменять напряжения питания цепи. Для этого часто рекомендуют использовать схему делителя напряжения с реостатом (далее мы будем называть ее регулятор напряжения). Регулируя положение движка, реостата можно изменять напряжение $U$ на выходе при постоянном напряжении $U_0$ источника.

Однако следует быть осторожным при использовании этой схемы! В данной задаче вам предстоит изучить работу такого регулятора напряжения.

Включайте источник только на время проведения измерений, не разряжайте напрасно батарейку!

Задание 1.

Соберите цепь, схема которой показана на рисунке 1.

1.1 Измерьте зависимость напряжения на выходе регулятора $U_1$ от сопротивления участка реостата $R_1$.

Для измерения $R_1$ используйте тот же мультиметр в режиме измерения сопротивления. При измерении сопротивления источник должен быть отключен!

1.2 Постройте график полученной зависимости.

Должна получиться прямая пропорциональная зависимость.

Задание 2.

2.1 Измерьте сопротивления проволочного резистора в зависимости от числа подключаемых участков: $R_1, R_2, R_3, R_4, R_5$.

2.2 Можно ли на основании ваших измерений утверждать, что сопротивление проволоки пропорционально ее длине? Ответ обоснуйте.

Задание 3.

Используя Схему $1$ установить напряжение на выходе регулятора $U_1 = 1,0$ B. Положение движка реостата (в этой части работы) после этого не изменяйте.

Подключите к регулятору внешнюю нагрузку – проволочный резистор, сопротивления которого вы измерили. Подключите амперметр (мультиметр в режиме измерения силы тока), как показано на схеме $2$.

3.1 Измерьте зависимость силы тока $I$ от сопротивления нагрузки $R_x$ (пять измеренных значений).

3.2 Запишите теоретическую формулу, описывающую зависимость силы тока от сопротивления при постоянном напряжении $U_1$.

3.3 Постройте график полученной экспериментальной зависимости в таких координатах, чтобы теоретическая зависимость была линейной (проведите линеаризацию).

Можно ли на основании ваших экспериментальных данных утверждать, что закон Ома для участка цепи выполняется? Объясните причины возможных отклонений результатов от теоретических значений.

Задание 4.

4.1 Измерьте зависимости напряжения на нагрузке $R_x$ от сопротивления рабочего участка реостата $R_1$ при трех значениях сопротивления $R_x$ (подключены соответственно $1, 3, 5$ участков проволочного резистора. Кратко опишите, как вы проводили измерения.

4.2 Постройте на одном бланке графики полученных зависимостей $U(R_1)$.

4.3 Сравните полученные графики, с графиком, полученным в Задании $1$. Объясните причины их различий.

4.4 Объясните почему «не выполняется» закон Ома в Задании $3$.

4.5 Предложите правильную методику проверки закона Ома. Укажите, что необходимо было учитывать при проведении измерений в задании $3$.

Дополнительные измерения в этом пункте проводить не требуется.