Методические указания к лабораторной работе по физике 'Определение атмосферного давления' (10 класс)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

ГИМНАЗИЯ ДГТУ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе

по физике

(Раздел «Молекулярная физика и термодинамика»)

Ростов-на-Дону 2012

Составитель: Н. Н. Фролова

УДК 533.1

Методические указания «Определение атмосферного давления». - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012.-8 с.

Указания содержат краткое описание прибора и методику определения атмосферного давления.

Методические указания предназначены для учащихся 10, 11 классов, изучающих физику.

Печатается по решению методической комиссии гимназии ДГТУ

© Издательский центр ДГТУ, 2012

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: 1) определить атмосферное давление;

2) научиться вычислять погрешности измерений.

Оборудование: измерительная установка, барометр.

Теоретическая часть

Давление, производимое атмосферой Земли, называется атмосферным.

Люди узнали о существовании атмосферного давления в 17 веке. В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца. Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 32 футов (10.3м). Герцог обратился за разъяснениями к Галилею, тогда уже глубокому старцу. Великий ученый был смущен и не нашелся сразу, как объяснить это явление. И только ученик Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10.3м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления - барометр.

В системе Си давление измеряется в Па (Паскаль). На практике также используют другие единицы измерения атмосферного давления, например, миллиметры ртутного столба, кратко мм. рт. ст.

1 мм рт. ст. =133,322 Па

На поверхность тела человека давит воздух массой 12-15 тонн, но так как это давление уравновешивается внутренним давлением тела, он его не чувствует.

Атмосферное давление на поверхности Земли не постоянно, оно зависит от различных факторов. Атмосферное давление понижено у экватора и достигает минимума под 10⁰ северной широты. До 30-35⁰ северной и южной широты давление повышается, после этого понижается до 60-65⁰, а по мере приближения к полюсам снова повышается. Атмосферное давление также уменьшается по мере удаления от поверхности Земли, т. е. зависит от высоты. Известно, что вода на высоте 2-3 км над уровнем моря кипит при 70-80⁰ С. Это связано с уменьшением атмосферного давления.

Для определения атмосферного давления существуют различные методы и приборы. Согласно одному из методов, атмосферное давление можно определить по изотермическому изменению столба воздуха в U - образной трубке.

На воду, залитую в U - образную трубку (см. рис. 1), с обоих концов оказывается одинаковое атмосферное давление , поэтому уровни воды в обоих коленах одинаковы. Воздух, находящийся в левом колене на уровне , занимает объем , где - площадь сечения U - образной трубки. Если, закрыв пластилиновой пробкой левое колено, начать опускать правое колено, то длина столба воздуха в левом колене начнет увеличиваться, а давление воздуха соответственно уменьшаться, так как атмосферное давление будет уравновешиваться еще и давлением столба воды высотой . Когда трубка примет вертикальное положение, высота столба воздуха будет , а его объем . Процесс расширения воздуха можно считать изотермическим. Уравнение процесса запишется так:

Рис. 1

где , ρ - плотность воды, h - высота столба воды, откуда атмосферное давление равно:

(1)

Принцип работы экспериментальной установки

Для выполнения лабораторной работы необходимо взять пластиковую трубку длиной 1,5-2 метра, например, от медицинской системы. Залить в нее воду высотой столба 1, 2-1,7 м (в вертикальном положении) и произвести эксперимент.

Порядок выполнения работы

1. Сверните трубку от медицинской системы таким образом, чтобы получилась U - образная трубка (см. рис. 1)

2. Наберите в трубку воду так, чтобы столб воды в развернутом вертикальном положении трубки составлял примерно 1,2-1,7 м

3. Сверните пластиковую трубку в U - образную трубку, так чтобы уровни воды в левол и правом колене были одинаковы. Измерьте при этом высоту столба воздуха в левом колене . Запишите измеренное значение в таблицу.

4. Аккуратно закройте пластилином левое колено и осторожно опустите правое колено, придав трубке вертикальное положение.

5. Измерьте высоту столба воды h в трубке. Запишите в таблицу.

6. Повторите пункты 2-5 3 раза.

7. Рассчитайте значение атмосферного давления по формуле (1). Плотность воды принять равной 1000 кг/м³, ускорение свободного падения 9,81 м/с².

8. Сравните полученный результат с показаниями барометра -анероида P_анер.

9. Вычислите погрешности измерений по формуле

10. Сделайте выводы по проделанной работе.

ρ=1000 кг/м³; g = 9,81 м/с² ; P_анер =

N п.п

см

см

см

Па

%

1

2

3

Контрольные вопросы

1. Что называют атмосферным давлением?

2. Какими приборами измеряют атмосферное давление?

3. Кто впервые измерил атмосферное давление?

4. В каких единицах измеряют атмосферное давление?

5. Как связаны Па и мм. рт. ст. ?

6. Получите вывод рабочей формулы

7. Возможен ли опыт Торричелли с использованием вместо ртути любой другой жидкости?

8. Чем обусловлено существование атмосферного давления на Земле?

9. Почему с увеличением высоты давление уменьшается?

10. Как зависит атмосферное давление от географического местоположения?

Рекомендуемая литература

1. Мансуров А. Физика 10-11 класс. Учебник для школ с гуманитарным профилем обучения.-М.:Просвещение, 2006

2. Монастырский Л. М. Физика за 2 года.-Ростов-на-Дону-Феникс, 1995

Техника безопасности

1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия.

2. При выполнении работы категорически запрещается производить выравнивание столбов воды в разных коленах трубки через рот.

Составитель: Н.Н. Фролова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе по физике

(Раздел «Молекулярная физика и термодинамика»)

Редактор А. А. Литвинова

В печать

Объем Офсет. Формат

Бумага тип № Заказ № Тираж Цена

______________________________________________________________

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1