Эксперимент 1. Исследование абсолютно упругого удара

1. В конспекте сделать рисунок соответствующий абсолютно упругому удару (до и послевзаимодействия) и записать закон сохранения импульса для данного случая.

2. Включите кнопку «Упругий» справа внизу. 3. Установите, нажимая мышью на кнопки регуляторов, значение массы первой тележки m1 и ее начальную скорость , указанные в табл. 1 для вашего варианта. 4. Для массы второй тележки выберите минимальное значение. Ее начальную скорость выберите равной . 5. Нажимая мышью на кнопку «СТАРТ» на экране монитора, следите за дви-жением тележек, останавливая движение после первого столкновения кнопкой«СТОП». Результаты измерений необходимых величин записывайте в таблицу2, образец которой приведен ниже. 6. Изменяя на 1 кг значение массы второй тележки, и повторите измерения, количество которых указано в таблице.

Таблица 2 - Результаты измерений и расчетов для абсолютно упругого

Удара

Номер измерения	m1 = ,
m2 (кг)	(м/с)	(м/с)	Е (Дж) до взаимо- действия	Е’ (Дж) после взаимодействия	Р (кг*м/с) до взаимо- действия	Р’ (кг*м/с) после взаимо- действия

 

 

Эксперимент 2. Исследование абсолютно неупругого удара

1. В конспекте сделать рисунок соответствующий абсолютно неупругому удару (до и послевзаимодействия) и записать закон сохранения импульса для данного случая.

2. Нажмите кнопку «Неупругий» справа внизу. 3. Установите, нажимая мышью на кнопки регуляторов, значение масс тележек и их начальные скорости указанные в таблице 1 для вашего варианта. 4.Проведите измерения, аналогичные эксперименту 1. Результаты запишите в таблицу 3.

Таблица 3. Результаты измерений и расчетов для абсолютно неупругого

Удара.

Номер измерения	m1 = ,
m2 (кг)	(м/с)	Е (Дж) до взаимо- действия	Е’ (Дж) после взаимо- действия	Р (кг*м/с) до взаимо- действия	Р’ (кг*м/с) после взаимо- действия

 

Обработка результатов и оформление отчета

1.Вычислить требуемые величины и заполнить таблицы 2 и 3.

2.Проанализируйте результаты и сделайте выводы по работе.

 

Вопросы и задания для самоконтроля1. Что такое удар (столкновение, соударение)?2. Какое столкновение называют абсолютно неупругим?3. Какое столкновение называют абсолютно упругим?4. При каком столкновении выполняется закон сохранения импульса?5. Дайте словесную формулировку закона сохранения импульса.6. При каком столкновении выполняется закон сохранения кинетической энергии?7. Дайте словесную формулировку закона сохранения кинетической энергии.8. Дайте определение кинетической энергии.9. Дайте определение потенциальной энергии.10. Что такое полная механическая энергия.11. Что такое замкнутая система тел?12. Что такое изолированная система тел?14. При каком столкновении выделяется тепловая энергия?15. При каком столкновении форма тел восстанавливается?16. При каком столкновении форма тел не восстанавливается?2.МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКАЛабораторная работа № 2.1ИЗУЧЕНИЕ АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССА Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике ([1], § 71, 77-81). Запустите программу. Выберите «Термодинамика и молекулярная физика», «Адиабатический процесс». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне.Прочитайте теорию и запишите необходимое в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

Цельработы:

1. Знакомство с компьютерной моделью, описывающей адиабатический процесс в газах.

2. Экспериментальное подтверждение закономерностей адиабатичес- кого процесса.3. Экспериментальное определение показателя адиабаты, количества степеней свободы и структуры молекул газа в данной модели.

Время: 2

 

Краткая теория Состояние системы имеет фиксированные значения макроскопическихпараметров, описывающих систему в целом. Параметры, характеризующие сис-тему в целом, называются параметрами состояния. Примерами являются тем-пература, давление, объем и т.д. Равновесным называется такое состояние системы, при котором все пара-метры системы имеют определенные значения, остающиеся неизменнымисколь угодно долго при неизменных внешних условиях. Обратимым называется процесс, при реализации которого в обратном на-правлении система проходит через те же состояния, что и при прямом ходе, нов обратной последовательности, и при этом в окружающей среде не происходитникаких изменений. Равновесные процессы всегда обратимы. Круговым процессом (ЦИКЛОМ) называется процесс, при котором системапосле ряда изменений возвращается в исходное состояние. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона) связывает между собой три макроскопических параметра где P – давление газа,Па; V –объем газа, м³, m – масса газа, кг; - молярная масса газа, кг/моль; R – универсальная газовая постоянная (R= 8,31 Дж/мольх К); Т – температура, К. Тепло емкость тела численно равна отношению количества тепла Q, сообщенного телу, к изменению температуры тела T, которое при этом произошло: Адиабатическимназывается процесс, происходящий без теплообмена свнешней средой ( Q = 0). Число степеней свободы :Молекулы одноатомного газаимеют 3 степени свободы.Молекулы двухатомного газаимеют 5 степеней свободы.Молекулы трехатомного газаимеют 6 степеней свободы.Методика и порядок измерений Внимательно рассмотрите картинку на рисунке, найдите рисунок элемента, в котором реализуется адиабатический процесс, обратите внимание на его тепло изоляцию. Найдите математическую формулировку условия теплоизоляции. Ознакомьтесь с графиками в правой части изображения. Зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы. Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений. Измерения 1. Установите начальное значение объема VНАЧ = 40 дм3 и начальную тем-пературу Т1 газа из таблицы 1. Для этого нажмите кнопку «ВЫБОР», переместите маркер мыши так, чтобы его острие находилось в указанной точке вблизи границы столбика на градуснике, и коротко нажмите и, удерживая левую кнопку мыши, двигайте столбик. 2. Нажмите мышью кнопку «СТАРТ» на экране и наблюдайте перемещение поршня на левой картинке модели и перемещение точки по красной кривой теоретической адиабаты. Попробуйте останавливать процесс нажатием кнопки «СТОП». Последующий запуск процесса осуществляется нажатием кнопки «СТАРТ». 3. После автоматической остановки процесса запустите его снова, нажавкнопку «СТАРТ», и останавливайте, нажимая кнопку «СТОП», когда крестикна теоретической адиабате (красная кривая) будет находиться вблизи следую-щих значений объема: 15, 20, 25, 30, 35 и 40 дм3 (6 значений), записывая приостановке значения объема, температуры и давления в таблицу по форме 2. 4.Установите новое значение температуры Т2, взяв его из табл.1, задаваяVНАЧ = 40 дм3, и повторите измерения, записывая результаты в таблицу по фор-ме 2.Таблица 1 Начальные значения температуры

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
Т1	50	70	100	120	140	170	200	220
Т2	230	240	250	260	270	280	290	300

Таблица 2 Результаты измерений

Т (К)
V (дм3)
Р (кПА)

Обработка результатов и оформление отчета 1. Постройте на одном рисунке графики экспериментальных зависимостейлогарифма давления от логарифма объема для обеих адиабат (указав на них начальные температуры). 2. Для каждой адиабаты определите по графику экспериментальное значе-ние показателя, используя формулу 3. Определите число степеней свободы молекулы газа, исследуемого в данной компьютерной модели, используя формулу . Вопросы и задания для самоконтроля 1. Что такое параметры состояния системы?2. Дайте определение равновесного состояния системы.3. Какой процесс называется обратимым?4. Что такое цикл?5. Что такое уравнение состояния?7. Какому уравнению подчиняется состояние идеального газа? Напишите его.8. Дайте определение теплоемкости тела.9. Дайте определение удельной теплоемкости.10. Дайте определение адиабатического процесса.11. Напишите уравнение адиабатического процесса.12. Дайте определение изопроцесса. Перечислите известные изопроцессы.13. Напишите уравнение и нарисуйте PV-диаграмму изотермического процесса.14. Напишите уравнение и нарисуйте PV-диаграмму изобарического процесса.15. Напишите уравнение и нарисуйте PV-диаграмму изохорического процесса.Лабораторная работа № 2.2ДИФФУЗИЯ В ГАЗАХ Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике ( п.62). Запустите про-грамму. Выберите «Термодинамика и молекулярная физика», «Диффузия». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и составьте конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

 

Цельработы:

1. Знакомство с компьютерной моделью, описывающей диффузию в газах.

2. Экспериментальное определение средней скорости теплового движения частиц в данной модели.

 

Время: 2 часа.

Краткая теория

 

При нарушении равновесия макросистема стремится вернуться в равновес-ное состояние. Явлениями переноса называются процессы, связанные с возникновением ввеществе направленного переноса (потока) массы, импульса или внутреннейэнергии. Диффузия есть процесс установления внутри фаз вещества равновесногораспределения концентраций, который обеспечивается направленным перено-сом массы этого вещества. Диффузия обусловлена тепловым движением моле-кул и проявляется в самопроизвольном выравнивании концентраций в смесинескольких веществ. Самодиффузия имеет место при самопроизвольном выравнивании концен-трации однородного вещества, если по некоторым причинам равновесное рас-пределение концентрации было нарушено. Длина свободного пробега λ есть среднее расстояние, которое пролетаетчастица между двумя последовательными столкновениями. Эффективный диаметр частицы есть минимальное расстояние, на котороесближаются центры двух сталкивающихся частиц.

Рассмотрим два одинаковых сосуда, в каждом из которых находятся частицы определенного вида. Например, зеленые и красные как в данной модели. Сосуды соединены тонкой трубкой, массы частиц одинаковы.

N₀-первоначальное число частиц,

N(t) – число частиц в момент времени t,

S_отв –площадь трубки, м²;

L_отв – её длина, м;

V-объем каждого из сосудов, м³.

Концентрация молекул –это число частицв единицеобъёма. Методика и порядок измерений Внимательно рассмотрите рисунок. Составьте конспект. Обратите внимание на две системы частиц, находящихся в начальный момент в левом (красные) и в правом (зеленые) объемах. Они абсолютно упруго стал-киваются друг с другом и со стенками сосуда. Количество частиц N₀ каждой компоненты равно 100, и данная модель является хорошей «механической» моделью идеального газа. 1.Нажмите мышью кнопку «Старт» во внутреннем окне экрана. 2.В процессе исследований можно останавливать движение всех молекул (при нажатии кнопки « » сверху во внешнем окне) и получать как бы «мгновенные фотографии». 3.Для продолжения наблюдений надо нажать кнопку « », расположенную сверху во внешнем окне. Количество частиц подсчитывается автоматически и высвечивается над соответствующими столбиками. 4.Для установки нового диаметра трубки надо нажать « » сверху во внешнем окне и кнопки «Старт» и «Выбор» внизу во внутреннем окне. 5.Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений. Измерения Эксперимент 1. Исследование диффузии частиц через тонкую трубку, соединяющую два объема 1. Установите значения d₁ из таблицы для вашего варианта.2. Нажмите кнопку <СТАРТ> и через Δt секунд после начала процесса нажмите кнопку « » сверху во внешнем окне. Результат запишите в таблицу 2.3. Нажмите кнопку « ».4. Через Δt секунд, нажав « », получите еще одну «мгновенную фотографию» и запишите количество частиц.5.Закончив измерения с данной трубкой, установите второе значение диаметра соединительной трубки d2 из таблицы 1 и повторите измерения, записывая результат в другую таблицу по форме 2.

Таблица 1 - Значения диаметров соединительной трубки, длительности