Запишите в работе номер вашей установки.
В вертикально расположенной пробирке находятся несколько не смешивающихся между собой жидкостей. Диаметр пробирки постоянен по высоте и указан на установке. Напоминаем, что площадь круга вычисляется по формуле
.
Определите:
1. плотность материала стрежня;
2. плотности жидкостей;
3. объёмы слоёв жидкостей.
Оборудование.«Черный ящик» с пробиркой, весы, металлический стержень, нить, два канцелярских зажима, линейка, салфетки, миллиметровая бумага.
Комментарий: «Чёрный ящик» был изготовлен из пакета из-под сока, в котором была закреплена пробирка (пространство между пробиркой и стенками пакета было заполнено поролоном), в которую были налиты три несмешивающиеся жидкости. Участник имел возможность погружать стержень в пробирку на разную глубину, но не мог непосредственно измерить уровни жидкостей.
Решение(пример хорошей работы)
Значение диаметра пробирки, указанное на установке: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Собираю установку, как показано на рисунке: По линейке я буду измерять смещение нити, равное глубине погружения стержня Пусть верхний конец стержня находится в среде (воздух или верхняя жидкость) с плотностью При погружении стержня на глубину где
Значит, график Погрешность
Снимаю зависимость показаний весов
Погрешность глубины погружения оценим как
График состоит из горизонтального (стержень еще не коснулся жидкости) и трёх наклонных участков, значит, в чёрном ящике две различных жидкости. Первый участок: Погрешность определения угловых коэффициентов определял методом границ. Нижняя жидкость — жидкость 1,
Второй участок: Нижняя жидкость — жидкость 2,
Третий участок: Нижняя жидкость — жидкость 2,
Высоты слоёв жидкостей
Погрешность оценю как погрешность определения глубины погружения. Объём каждой из жидкостей рассчитываю по формуле
|
Обратите внимание на то, что конечный ответ на каждый пункт задачи помещён в рамку, чтобы выделяться на фоне остальных вычислений, и округлен до одной значащей цифры в погрешности (двух, если первая значащая цифра погрешности — единица).
Приведём здесь критерии оценивания, по которым эта задача проверялась на всероссийской олимпиаде:
|
Как можно видеть, приведённое решение получило бы на олимпиаде 15 из 15 возможных баллов.
Список предлагаемой литературы:
Основная литература:
1. Слободянюк А.И. Физическая олимпиада: Экспериментальный тур.
2. Власов А.И., Учевадов А.В. Физический практикум – 2-е изд. перераб. и доп. – Пензенский областной институт повышения квалификации и переподготовки работников образования, 2001.
3. Варламов С.Д., Зильберман А.Р., Зинковский В.И. Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах. – М., МЦНМО, 2009.
4. Козел С.М., Слободянин В.П. (ред.) – Всероссийские олимпиады по физике 1992-2001 – М., Вербум-М, 2002.
5. Орлов В.А., Слободецкий И.Ш. – Всесоюзные олимпиады по физике – М., Просвещение, 1982.
6. http://www.iepho.com (сайт Международной олимпиады по экспериментальной физике «International Experimental Physics Olympiad»).
7. http://ipho.phy.ntnu.edu.tw (сайт Международной олимпиады по физике «International Physics Olympiad»).
8. http://www.4ipho.ru – (сайт сборной Российской Федерации по физике для подготовки к участию в международных физических олимпиадах).
9. http://www.physolymp.ru/p/ (архив задач Всероссийских олимпиад по физике)
10. Семенов М.В., Старокуров Ю.В., Якута А.А. Методические рекомендации по подготовке учащихся к участию в олимпиадах высокого уровня по физике. – М., Физический факультет МГУ, 2007, с.
11. Митин И.В., Русаков В.С. Анализ и обработка экспериментальных данных. – М., Физический факультет МГУ, 2009.
Дополнительная литература:
12. Романовский Т. Экспериментальный тур олимпиады по физике. // Квант, № 11, 1980. – с. 54–58.
13. Орлов В.А. Экспериментальный тур олимпиады по физике. // Квант, № 11, 1982. – с. 56–60.
14. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Разумовский В.Г. (ред.) – Международные физические олимпиады школьников // Библиотечка Квант, выпуск 43 – М., Наука, 1985.
15. Дик Ю.И., Кабардин О.Ф., Орлов В.А. и др. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики: 10–11 кл. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2002.
16. Лисенкер Г.Р. Физический эксперимент в школе. Пособие для учителей. Вып. 5 – М.: Просвещение, 1975.
17. Шахмаев Н.М., Павлов Н.И., Тыщук В.И. Физический эксперимент в средней школе: Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. – М.: Просвещение, 1989.
18. Шахмаев Н.М., Шилов В.Ф. Физический эксперимент в средней школе: Колебания и волны. Квантовая физика. – М.: Просвещение, 1991.
19. Майер Р.В., Кощеев Г.В. Учебные экспериментальные исследования по электронике – Глазов: ГИЭИ, 2010
20. Майер В.В., Майер Р.В. Экспериментальное изучение дисперсии звука // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. №7 - М.: Прометей, 1996. - С. 69 -78.
21. Майер В.В., Майер Р.В. Экспериментальное изучение вращения тела в вязкой среде // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. № 7. - М.: Прометей, 1996. - С. 59--68.
22. Григал П.П., Пятаков А.П. Лаборатория на коленке // Библиотечка Квант, выпуск 112 – М.: Бюро квантум – 2009.
23. Рыжиков С.Б. Исследовательские работы по физике учеников 7-11 классов. – LAP Lambert Academic Publishing Saarbrucken (Германия), 2013, 280 с.
24. http://www.rosolymp.ru (сайт «Всероссийская олимпиада школьников»)
[1] Значащие цифры числа – цифры, идя слева, начиная с первой отличной от нуля.
Пример:
0.056850, 12, 354, 100
Подчеркнуты значащие цифры.
[2] Легенда графика – отдельная таблица небольших размеров, наносимая на график, в одном столбце которой обозначены типы экспериментальных точек (кружки, треугольники) или типы линий, соответствующие различным теоретическим зависимостям, а во втором – пояснения, к каким экспериментам или теоретическим зависимостям эти обозначения принадлежат.
[3] Существует математический критерий линейности, так называемый коэффициент корреляции
здесь
— координаты -ой точки (всего точек
),
,
— средние значения соответствующих величин. Чем коэффициент корреляции ближе к
, тем ближе зависимость к линейной. На олимпиадах обычно не требуется расчёт коэффициента корреляции.
[4] “то утверждение справедливо для Всероссийских олимпиад. На других олимпиадах правила могут быть иными, например, на Белорусских олимпиадах школьники обязаны использовать метод наименьших квадратов.
[5] Прямыми называются измерения, результат которых считывается непосредственно с прибора. Косвенными называются измерения, рассчитанные из прямых или других косвенных измерений. Например, измерение длины одной из сторон куба линейкой — прямое, а нахождение объёма куба путём возведения в куб длины его стороны — это косвенное измерение.