Что такое дробинка в физике
Физика 7 класс Пёрышкин Лабораторные работы
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
№1. Определение цены деления измерительного прибора
Цель работы. Определить цену деления измерительного цилиндра (мензурки), научиться пользоваться им и определять с его помощью объём жидкости.
Приборы и материалы. Измерительный цилиндр (мензурка), стакан с водой, и материалы небольшая колба и другие сосуды.
1. Рассмотрите измерительный цилиндр, обратите внимание на его деления. Ответьте на следующие вопросы.
1) Какой объём жидкости вмещает измерительный цилиндр, если жидкость налита: а) до верхнего штриха; б) до первого снизу штриха, обозначенного цифрой, отличной от нуля?
2) Какой объём жидкости помещается: а) между 2-м и 3-м штрихами, обозначенными цифрами; б) между соседними (самыми близкими) штрихами мензурки?
2. Как называется последняя вычисленная вами величина? Как определяют цену деления шкалы измерительного прибора?
Запомните: прежде чем проводить измерения физической величины с помощью измерительного прибора, определите цену деления его шкалы.
3. Рассмотрите рисунок 7 учебника и определите цену деления изображённой на нём мензурки.
4. Налейте в измерительный цилиндр воды, определите и запишите, чему равен объём налитой воды.
Примечание. Обратите внимание на правильное положение глаза при отсчёте объёма жидкости. Вода у стенок сосуда немного приподнимается, в средней же части сосуда поверхность жидкости почти плоская. Глаз следует направить на деление, совпадающее с плоской частью поверхности (рис. 198).
5. Налейте полный стакан воды, потом осторожно перелейте воду в измерительный цилиндр. Определите и запишите с учётом погрешности, чему равен объём налитой воды. Вместимость стакана будет такой же.
6. Таким же образом определите вместимость колбы, аптечных склянок и других сосудов, которые находятся на вашем столе.
7. Результаты измерений запишите в таблицу 6.
№2 Измерение размеров малых тел
Цель работы. Научиться выполнять измерения способом рядов.
Приборы и материалы. Линейка, дробь (или горох), иголка.
1. Положите вплотную к линейке несколько (20—25 штук) дробинок (или горошин) в ряд. Измерьте длину ряда и вычислите диаметр одной дробинки.
2. Определите таким же способом размер крупинки пшена (или зёрнышка мака). Чтобы удобнее было укладывать и пересчитывать крупинки, воспользуйтесь иголкой. Способ, которым вы определили размер тела, называют способом рядов.
3. Определите способом рядов диаметр молекулы по фотографии (рис. 199, увеличение равно 70 000).
Данные всех опытов и полученные результаты занесите в таблицу 7.
№3. Измерение массы тела на рычажных весах
Цель работы. Научиться пользоваться рычажными весами и с их помощью определять массу тел.
Приборы и материалы. Весы с разновесами, несколько небольших тел разной массы.
1. Придерживаясь правил взвешивания, измерьте массу нескольких твёрдых тел с точностью до 0,1 г.
2. Результаты измерений запишите в таблицу 8.
1. Перед взвешиванием необходимо убедиться, что весы уравновешены. При необходимости для установления равновесия на более лёгкую чашку нужно положить полоски бумаги, картона и т. п.
2. Взвешиваемое тело кладут на левую чашку весов, а гири — на правую.
3. Во избежание порчи весов взвешиваемое тело и гири нужно опускать на чашки осторожно, не роняя их даже с небольшой высоты.
4. Нельзя взвешивать тела более тяжёлые, чем указанная на весах предельная нагрузка.
5. На чашки весов нельзя класть мокрые, грязные, горячие тела, насыпать без использования подкладки порошки, наливать жидкости.
6. Мелкие гири нужно брать только пинцетом (рис. 200).
Положив взвешиваемое тело на левую чашку, на правую кладут гирю, имеющую массу, немного большую, чем масса взвешиваемого тела (подбирают на глаз с последующей проверкой). При несоблюдении этого правила нередко случается, что мелких гирь не хватает и приходится взвешивание начинать сначала.
Если гиря перетянет чашку, то её ставят обратно в футляр, если же не перетянет — оставляют на чашке. Затем то же проделывают со следующей гирей меньшей массы ит. д., пока не будет достигнуто равновесие.
Уравновесив тело, подсчитывают общую массу гирь, лежащих на чашке весов. Затем переносят гири с чашки весов в футляр.
Проверяют, все ли гири положены в футляр, находится ли каждая из них на предназначенном для неё месте.
№4. Измерение объёма тела
Научиться определять объём тела с помощью измерительного цилиндра.
Приборы и материалы.
Измерительный цилиндр (мензурка), тела неправильной формы небольшого объёма (гайки, фарфоровые ролики, кусочки металла и др.), нитки.
1 Определите цену деления мензурки.
2. Налейте в мензурку столько воды, чтобы тело можно было полностью погрузить в воду, и измерьте её объём.
3. Опустите тело, объём которого надо измерить, в воду, удерживая его за нитку (рис. 201), и снова измерьте объём жидкости.
4. Проделайте опыты, описанные в пунктах 2 и 3, с некоторыми другими имеющимися у вас телами.
5. Результаты измерений запишите в таблицу 9.
№5. Определение плотности твёрдого тела
Научиться определять плотность твёрдого тела с помощью весов и измерительного цилиндра.
Приборы и материалы.
Весы с разновесами, измерительный цилиндр (мензурка), твёрдое тело, плотность которого надо определить, нитка (рис. 203).
1. Повторите по учебнику § 22 «Плотность вещества».
2. Измерьте массу тела на весах (см. лабораторную работу №3).
3. Измерьте объём тела с помощью мензурки (см. лабораторную работу № 4).
4. Рассчитайте по формуле 
плотность данного тела.
5. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 10.
Если тело неправильной формы не входит в мензурку, то его объём можно определить с помощью отливного сосуда (рис. 202). Перед измерением сосуд наполняют водой до отверстия отливной трубки. При погружении в него тела часть воды, равная объёму тела, выливается. Измерив мензуркой её объём, определяют объём погружённого в жидкость тела.
№6. Градуирование пружины
Научиться градуировать пружину, получать шкалу с любой (заданной) ценой деления и с её помощью измерять силы.
Приборы и материалы.
Динамометр, шкала которого закрыта бумагой, набор грузов массой по 102 г, штатив с муфтой, лапкой и кольцом.
1. Прочитайте в учебнике § 30 «Динамометр».
2. Укрепите динамометр с закрытой шкалой вертикально в лапке штатива. Отметьте горизонтальной чертой начальное положение указателя динамометра, — это будет нулевая отметка шкалы.
3. Подвесьте к крючку динамометра груз, масса которого 102 г. На этот груз действует сила тяжести, равная 1 Н. С такой же силой груз растягивает пружину динамометра. Эта сила уравновешивается силой упругости, возникающей в пружине при её растяжении (деформации).
Новое положение указателя динамометра также отметьте горизонтальной чертой на бумаге.
Примечание. Грузы массой 102 г можно получить, прибавив 2 г (колечко из проволоки) к имеющимся грузам массой 100 г.
4. Затем подвешивайте к динамометру второй, третий, четвёртый грузы той же массы (102 г), каждый раз отмечая чёрточками на бумаге положение указателя (рис. 204).
5. Снимите динамометр со штатива и против горизонтальных чёрточек, начиная с верхней, проставьте числа 0, 1, 2, 3, 4. Выше числа 0 напишите: «ньютон». в. Измерьте расстояния между соседними чёрточками. Одинаковы ли они? Почему (см. § 29)? На основании сделанного вывода скажите, с какой силой растянут пружину грузы массой 51 г; 153 г.
7. Не подвешивая к динамометру грузы, получите шкалу с ценой деления 0,1 Н.
8. Измерьте проградуированным динамометром вес какого-нибудь тела, например кольца от штатива, лапки штатива, груза.
9. Нарисуйте проградуированный динамометр.
№7. Измерение силы трения с помощью динамометра
Выяснить, от чего зависит сила трения скольжения, и сравнить её с силой трения качения.
Приборы и материалы
Динамометр, деревянный брусок, две цилиндрические палочки (круглые карандаши), набор грузов.
1. Положите брусок на деревянную поверхность стола.
2. Прикрепите к бруску динамометр и постарайтесь равномерно перемещать брусок по поверхности. Динамометр будет показывать силу тяги, равную силе трения. Запишите показания динамометра в таблицу 11.
3. Определите вес бруска и запишите в таблицу. Сравните вес бруска с силой трения.
4. Поставив груз на брусок, повторите измерения поочерёдно с одним грузом, а затем с двумя (см. пункты 2 и 3).
5 Положите брусок на пластмассовую поверхность и, перемещая его равномерно, определите силу трения. Показания динамометра запишите в таблицу 11.
6. Разместите брусок на двух цилиндрических палочках и равномерно перемещайте его по столу. Показания динамометра запишите в таблицу 11.
7. Проанализируйте результаты измерений.
№8. Определение выталкивающей силы, действующей на погружённое в жидкость тело
Обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погружённое в неё тело и определить выталкивающую силу.
Приборы и материалы
Динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разНого объёма, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.
1. Повторите по учебнику § 51 «Архимедова сила».
2. Укрепите динамометр на штативе и подвесьте к нему на нити тело. Отметьте и запишите в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе.
3. Подставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется под водой. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде.
4. По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.
5. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите выталкивающую силу, действующую на то же тело.
6. Подвесьте к динамометру тело другого объёма и определите указанным способом (см. пункты 2 и 3) выталкивающую силу, действующую на него в воде.
7. Результаты запишите в таблицу 12.
На основе выполненных опытов сделайте выводы.
От каких величин зависит значение выталкивающей силы?
№9. Выяснение условий плавания тела в жидкости
На опыте выяснить условия, при которых тело плавает и при которых тонет.
Приборы и материалы
Весы с разновесами, измерительный цилиндр (мензурка), пробирка-поплавок с пробкой, проволочный крючок, сухой песок, фильтровальная бумага или сухая тряпка.
1. Повторите по учебнику § 52 «Плавание тел».
2. Насыпьте в пробирку столько песка, чтобы она, закрытая пробкой, плавала в мензурке с водой в вертикальном положении и часть её находилась над поверхностью воды.
3. Определите выталкивающую силу, действующую на пробирку. Она равна весу воды, вытесненной пробиркой. Для нахождения этого веса определите сначала объём вытесненной воды. Для этого отметьте уровни воды в мензурке до и после погружения пробирки в воду. Зная объём вытесненной воды и плотность, вычислите её вес.
4. Выньте пробирку из воды, протрите её фильтровальной бумагой или тряпкой. Определите на весах массу пробирки с точностью до 1 г и рассчитайте силу тяжести, действующую на неё, она равна весу пробирки с песком в воздухе.
5. Насыпьте в пробирку ещё немного песка. Вновь определите выталкивающую силу и силу тяжести. Проделайте это несколько раз, пока пробирка, закрытая пробкой, не утонет.
6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 13. Отметьте, когда пробирка плавает и когда тонет или всплывает.
7. Сделайте вывод об условии плавания тела в жидкости.
№10. Выяснение условия равновесия рычага
Проверить на опыте, при каком соотношении сил и их плеч рычаг находится в равновесии. Проверить на опыте правило моментов.
Приборы и материалы
Рычаг на штативе, набор грузов, измерительная линейка, динамометр (рис. 205).
1. Повторите по учебнику § 58 «Рычаг. Равновесие сил на рычаге ».
2. Уравновесьте рычаг, вращая гайки на его концах так, чтобы он расположился горизонтально.
3. Подвесьте два груза на левой части рычага на расстоянии, равном примерно 12 см от оси вращения. Опытным путём установите, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо подвесить: а) один груз; б) два груза; в) три груза, чтобы рычаг пришёл в равновесие.
4. Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите данные и измеренные величины в таблицу 14.
5. Вычислите отношение сил и отношение плеч для каждого из опытов и полученные результаты запишите в последний столбик таблицы.
6. Проверьте, подтверждают ли результаты опытов условие равновесия рычага под действием приложенных к нему сил и правило моментов сил (§ 58).
Подвесьте три груза справа от оси вращения рычага на расстоянии 5 см.
С помощью динамометра определите, какую силу нужно приложить на расстоянии 15 см от оси вращения правее грузов, чтобы удерживать рычаг в равновесии (см. рис. 205).
Как направлены в этом случае силы, действующие на рычаг? Запишите длину плеч этих сил. Вычислите отношение сил 
и плеч 
для этого случая и сделайте соответствующий вывод.
Дробь и пузыри
Почему одни тела плавают в воде, а другие в ней тонут? Все, кто изучал физику в школе, знают правильный ответ: если средняя плотность тела меньше плотности воды, это тело будет плавать на поверхности, а если средняя плотность тела больше плотности воды, то такое тело потонет и пойдёт ко дну.
Плотность тела можно в известных пределах регулировать. У подводной лодки для этого имеются специальные цистерны. Чтобы погрузиться под воду, цистерны заполняют водой. Объём лодки остаётся прежним, а масса увеличивается, значит, увеличивается и плотность. Когда средняя плотность лодки становится больше плотности воды, лодка уходит под воду. Чтобы всплыть обратно на поверхность, цистерны продуваются сжатым воздухом, отчего средняя плотность лодки вновь уменьшается.
Интересно, а можно ли сделать так, чтобы менялась не плотность тела, а плотность воды? Если бы плотность воды стала заметно меньше, некоторые плавающие тела начали бы в ней тонуть, а если бы она, наоборот, заметно увеличилась, некоторые потонувшие тела могли бы всплыть наверх. Наверное, все знают такой опыт: в банке с водой на дне лежит сырое яйцо, в воду насыпают соль и размешивают её, и когда соль растворяется, яйцо всплывает. Всё очень просто: у солёной воды плотность больше, чем у пресной, вот яйцо и всплыло.
Но можно сделать и кое-что поинтереснее, например, пропускать через воду мелкие пузыри из аквариумного аэратора. Средняя плотность воды с пузырями уменьшится по сравнению с водой без пузырей, и если плавающее тело будет в начале опыта лишь незначительно выступать из воды, то при пропускании пузырей оно может потонуть!
Такой опыт вы можете сделать сами, и для него не обязательно использовать компрессор. Возьмите пластиковую бутылку, обрежьте у неё донышко, а через крышку пропустите длинную гибкую трубку. Воздух в трубку будем вдувать ртом, а чтобы он превращался в пузыри, поставим на его пути круг из поролона, закрепив его внутри бутылки. Повозившись с этим устройством и сделав подходящую «лодку», вы добьётесь того, что при продувании воздуха лодка будет временно тонуть.
Пузыри уменьшают среднюю плотность воды — а можно ли увеличить её аналогичным образом, ничего не растворяя, но просто засыпая в воду что-нибудь сверху? Мы взяли длинную стеклянную трубку диаметром 2 см, закрыли её снизу резиновой пробкой, установили на штативе и заполнили водой. Из корпуса шариковой ручки сделали герметичную лодку и подгрузили её пластилином так, чтобы она только-только начала тонуть в воде. Эту лодку подвесили в толще воды на нитке. И когда мы стали сыпать дробь через воронку в трубку, лодка, к нашему восторгу, всплыла! Видео опытов можно найти на нашем сайте.
Когда мы выложили видео с этим опытом на YouTube, в комментариях к нему было высказано множество возражений: люди не верили, что такое возможно, и считали, что лодка поднимается вверх не за счёт изменения плотности воды, а за счёт восходящих потоков, увлекающих её за собой. «Как же так, — говорили они, — ведь если бы свинцовые дробинки висели на ниточках в воде, разве это привело бы к всплытию лодки?» В этом замечании есть некий резон: если в аквариум с водой опустить большую гирю, чтобы она висела на верёвке, не касаясь дна, разве это приведёт к тому, что зависший у дна поплавок начнёт всплывать на поверхность? — Очевидно, нет.
Однако здесь есть и подмена одной ситуации на другую: ведь дробинки не висят на ниточках, но опускаются вниз под действием силы тяжести. Впрочем, они и не падают свободно: установившаяся скорость их движения такова, что действующая на каждую дробинку сила тяжести уравновешивается силой лобового сопротивления воды. Получается, что вода давит на дробинки, а дробинки своим весом давят на воду. В результате давление воды с глубиной растёт быстрее, чем если бы дробинок не было. Но именно этим и отличается от воды жидкость с большей плотностью: у неё быстрее растёт с глубиной давление, а его перепад и выталкивает погружённые тела вверх.
Можно сделать ещё и такой мысленный опыт. Представим себе, что мы научились делать из свинца мельчайшие «нанодробинки». Если мы размешаем такой порошок в воде, мельчайшие частички свинца будут падать вниз, но очень медленно: получившаяся взвесь будет оседать на дно несколько дней или даже несколько месяцев. Примерно так же устроено молоко — здесь в воде размешаны мельчайшие капельки жира, которые очень медленно поднимаются вверх. Но ведь понятно, что когда мы рассматриваем условия плавания тел в молоке, нам надо сравнивать плотность погружённого в молоко тела со средней плотностью молока, а не с плотностью воды. И со свинцовой взвесью следует поступать аналогичным образом — так же, как если бы в воде была растворена какая-нибудь свинцовая соль, повышающая её плотность.
Конечно, в нашем опыте дробинки падают на дно достаточно быстро. И всё же они опираются на воду — и именно этот эффект приводит к всплытию утонувшей подводной лодки в нашем опыте.
Тест с ответами: “Свободное падение”
1. От чего зависит величина ускорения свободного падения:
а) от массы планеты +
б) от сопротивления
в) от массы падающего тела
2. От чего зависит величина ускорения свободного падения:
а) от сопротивления
б) от географической широты +
в) от массы падающего тела
3. От чего зависит величина ускорения свободного падения:
а) от массы падающего тела
б) от сопротивления
в) от высоты над поверхностью Земли +
4. Первым, кто усомнился в том, что более тяжелые предметы падают быстрее, был:
а) Аристотель
б) Галилей +
в) Коперник
5. Если сбросить мушкетную пулю и пушечное ядро с Пизанской башни, то до Земли:
а) первым долетит ядро
б) первым долетит пуля
в) они долетят одновременно +
6. Пушинка падает медленнее, чем тяжелые предметы, потому, что:
а) она весит меньше
б) ей мешает сопротивление воздуха +
в) ее объем меньше
7. Чтобы пушинка падала с такой же скоростью, как и дробинка, необходимо:
а) удалить воздух, мешающий пушинке свободно падать +
б) изменить направление силы тяжести
в) придать им равную начальную скорость
8. Галилей не смог убедиться в том, что в безвоздушном пространстве пушинка падает столь же быстро, как и дробинка, потому, что:
а) он не хотел проверить правоту античных философов
б) во времена Галилея не было достаточно совершенных насосов +
в) он не мог изменить ускорение свободного падения
9. Опыт, показывающий, что пушинка и дробинка в безвоздушном пространстве падают одновременно, был впервые выполнен:
а) Гюйгенсом
б) Галилеем
в) Ньютоном +
10. Какое название носит равнопеременное движение под действием силы тяжести, когда другие силы, действующие на тело, отсутствуют или пренебрежимо малы:
а) ускорение
б) свободное падение +
в) ускорение свободного падения
11. Свободное падение возможно на поверхность любого тела:
а) обладающего достаточной кривизной
б) обладающего достаточной площадью
в) обладающего достаточной массой +
12. В каком состоянии находится объект во время свободного падения:
а) покоя
б) невесомости +
в) земного притяжения
13. В чем измеряется ускорение свободного падения:
а) м/с² +
б) мм/с²
в) см/с²
14. Какое название носит ускорение, придаваемое телу силой тяжести, при исключении из рассмотрения других сил:
а) ускорение обычного падения
б) ускорение притяжения
в) ускорение свободного падения +
15. Посредством чего может быть измерено ускорение свободного падения у поверхности Земли:
а) паденимометра
б) силометра
в) гравиметра +
16. Ускорение свободного падения на поверхности Земли или другой планеты может быть также вычислено на основе данных о вращении планеты и её гравитационном поле, так ли это:
а) нет
б) да +
в) неизвестно
17. При свободном падении тело свободно:
а) от сопротивления воздуха +
б) от силы тяжести
в) от массы
18. Свободное падение является случаем:
а) равномерного движения
б) равноускоренного движения +
в) равнозамедленного движения
19. На сколько увеличится, при отсутствии сопротивления воздуха, скорость свободно падающего тела за пятую секунду падения:
а) 20 м/с
б) 15 м/с
в) 10 м/с +
20. Ускорение свободного падения достаточно точно впервые измерил:
а) Гюйгенс +
б) Галилей
в) Ньютон
21. От какого латинского слова происходит обозначение ускорения свободного падения g:
а) gravitas — тяготение
б) gravitas — ускорение
в) gravitas — тяжесть +
22. От чего зависит ускорение свободного падения тел:
а) от массы тела
б) ни от массы, ни от формы тела не зависит +
в) от формы тела
23. Чему равно ускорение свободного падения:
а) 8,91 м/с
б) 9,81 м/с
в) 9,81 м/с² +
24. Как движется свободно падающее тело:
а) равноускоренно +
б) равнозамедленно
в) равномерно
25. Как действует сила тяжести у поверхности Земли:
а) в зависимости от обращения Луны вокруг Земли
б) в зависимости от периода обращения вокруг Солнца
в) постоянно +
26. Куда всегда направлено ускорение свободного падения:
а) в бок
б) вниз +
в) вверх
27. Скорость свободно падающего тела без начальной скорости, через 4 с будет равна:
а) 40 м/с +
б) 50 м/с
в) 30 м/с
28. Свободное падение – движение, при котором на тело не действуют никакие силы, кроме силы:
а) тяготения
б) тяжести +
в) трения
29. Как добиться свободного падения тела на Земле:
а) рассматривать падение тел в сосуде, из которого откачан воздух +
б) рассматривать падение тел в лифте, который двигается вверх
в) рассматривать падение тел в сосуде, в котором находится вязкая жидкость и тело будет двигаться равномерно, без ускорения
30. Свободно падающее тело без начальной скорости за 4 секунды пройдёт такой путь:
а) 50 м
б) 60 м
в) 80 м +