Областная олимпиада по физике. г. Могилев. 9 класс. 2019 г. Экспериментальный тур

          

Областная олимпиада по физике. г. Могилев. 9 класс. 2019 г.

Экспериментальный тур

Задание 9-1 Паутина сопротивлений.

Приборы и оборудование: Два проволочных резистора на подставках, мультиметр, соединительные провода.

В данном задании Вам необходимо исследовать сопротивления различных цепей резисторов. Введем нумерацию клемм, как показано на рисунке.

Во всех заданиях ввод омметра «$COM$» подключайте к клемме резистора «$0$».

Часть 1. Последовательная цепочка.

Соедините проводником клеммы «5» на первом резисторе с клеммой $«5^/»$ на втором резисторе.

 

1.1 Измерьте сопротивления участков резистора $R_k$ между клеммами «$0$» и $k = 1, 2, 3, … 10$.

1.2 Постройте график полученной зависимости. Покажите, что данная зависимость может быть описана линейной функцией

$R_k = ak + b$. (1)

Используя результаты своих измерений, определите численные значения (и погрешности) параметров зависимости $a$ и $b$. Укажите физический смысл этих параметров.

Часть 2. Зацикливание.

Дополнительно соедините проводником клеммы «$0$» и «$10$».

2.1 Измерьте сопротивления участков резистора $R_k$ между клеммами «$0$» и $k = 1, 2, 3, … 10$. Постройте график полученной зависимости.

2.2 Выведите теоретическую формулу, описывающую зависимость $R_k$.

2.3 Проверьте, соответствуют ли результаты измерений полученной теоретической формуле. Для этого на том же бланке (график в п.2.1) постройте график теоретической зависимости. Качественно объясните возможные различия между теоретическими и экспериментальными значениями сопротивлений.

Часть 3. Централизация.

Дополнительно соедините все «четные» клеммы между собой.

2.1 Измерьте сопротивления участков резистора  между клеммами «$0$» и $k = 1, 2, 3, … 10$.

2.2 Дайте объяснение полученным результатам. Нарисуйте эквивалентную электрическую схему, объясняющую полученные значения.

Задание 9-2 Преломление света.

Еще древнегреческие ученые в V веке до нашей эры знали закон прямолинейного распространения и отражения света.  Третий закон геометрической оптики – закон преломления открыл в 1621 году голландский ученый  Виллеброрд Снелл (печатался под латинизированным именем Снеллиус).

В данном задании Вам необходимо исследовать приближение, которое использовали древнегреческие ученые при описании этого явления. 

Для проведения измерений Вам предоставляется следующее

оборудование: прозрачная чашка Петри с водой; лист картона, лист белой бумаги, 4 булавки, транспортир.

Введение.

Если луч света падает на границу раздела двух прозрачных сред, то он преломляется, изменяет направление своего распространения. Углы падения ($\alpha$) и преломления ($\beta$) отсчитываются от перпендикуляра (нормали) к поверхности раздела в точке падения.

При малых углах закон преломления формулируется следующим образом:

отношение угла преломления к углу падения есть величина постоянная для данных двух сред (эта величина называется показателем преломления):

$\frac{\alpha}{\beta} = n$. (1)

Вам необходимо проверить справедливость этого закона, и определить, при каких углах падения он справедлив.

Заполните прозрачную чашку водой, расположите ее на листе белой бумаги, под которым расположите лист картона. В картон вы может втыкать вертикально булавки и наблюдать их сквозь боковую сторону заполненной чашки. Тем самым вы можете построить на листе бумаги ход луча. Преломление света в стенках чашки в данном случае не играет существенной роли, основную роль играет преломление света в воде.

Часть 1. Единичное измерение показателя преломления.

Расположите булавки $1$, $2$ так, чтобы луч, проходящий через них, проходил от центра чашки на расстоянии $d$ примерно равном половине радиуса чашки.

С помощью булавок $3$, $4$ найдите выходящий луч.

1.1 На листе бумаги укажите положение чашки, ее центра, положение всех булавок. Постройте ход луча, проходящего через все булавки, постройте его ход через чашку.

1.2 Укажите на этом же листе углы падения и преломления лучей на входе и выходе из чашки.

Проведите измерения этих углов, рассчитайте показатель преломления воды, оцените погрешность найденного значения.

Не забудьте сдать лист со своими построениями!

Часть 2. Угол отклонения луча.

Возьмите новый лист бумаги и проводите измерения с его помощью. Не забудьте сдать и этот лист!

В этой части задания Вы можете измерять углы с помощью транспортира (это проще, но менее точно). Также вы можете проводить дополнительные построения на миллиметровой бумаге, измерять длины отрезков и уже по ним рассчитывать углы. Если вы выбрали второй путь, то укажите, какие построения вы проводили, какие отрезки измеряли, по каким формулам рассчитывали углы.

2.1 Исследуйте зависимость угла отклонения луча при прохождении чашки $\delta$ (см. рис.) от расстояния $d$. Для каждого значения $d$ измерьте угол падения $\alpha$.

2.2 Считая, что закон преломления света в приближенном виде (задаваемом формулой (1)), справедлив, получите формулу для зависимости угла отклонения $\delta$ от угла падения $\alpha$. Постройте график теоретической зависимости. Учитывая, что показатель преломления определен с некоторой погрешностью, постройте область, в которой должны лежать экспериментальные точки, полученные в п. 2.1

2.3 Нанесите на график экспериментальные точки (значения, полученные в п. 2.1).

2.4 Укажите, в каком диапазоне значений углов $\alpha$ можно применять приближенный закон преломления (1).