Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

МЕХАНІКА

4. ЕЛЕМЕНТИ МЕХАНІКИ РІДИН ТА ГАЗІВ

4.4. АТМОСФЕРНИЙ ТИСК ТА ЙОГО ВИМІРЮВАННЯ

4.4.1. АТМОСФЕРА ТА АТМОСФЕРНИЙ ТИСК

Атмосфера — це повітряна оболонка Землі. Атмосфера починається біля поверхні Землі й тягнеться в космічний простір приблизно на 3000 км.

♦ Існування атмосфери пояснюється таким:

1) повітря має масу, тому воно притягується до Землі завдяки гравітаційній взаємодії;

2) молекули газів, що становлять атмосферу, перебувають у безперервному русі, саме тому вони не падають на Землю, а «летають» у просторі біля поверхні Землі.

Під дією сили тяжіння верхні шари атмосфери тиснуть на нижні, тому повітряний шар навколо поверхні Землі стиснутий найбільше і, відповідно до закону Паскаля, тисне на поверхню Землі й на всі тіла поблизу неї. Цей тиск і називають атмосферним тиском.

♦ Саме атмосферний тиск зумовлює підняття рідини за поршнем (рис. 4.8, а), наприклад у всмоктувальних насосах та шприцах. Якщо піднімати ручку поршня, то атмосферний тиск, впливаючи на вільну поверхню рідини в посудині, нагнітатиме рідину по трубці вгору. Рідина підніматиметься за поршнем доти, доки атмосферний тиск не зрівняється із гідростатичним тиском стовпчика рідини під поршнем:

pатм = pгідр = ррідgh.

4.4.2. ВИМІРЮВАННЯ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ. БАРОМЕТРИ

Для визначення атмосферного тиску не можна користуватися формулою p = pnoвgh, оскільки густина повітря із висотою зменшується.

Атмосферний тиск вимірюють барометрами. Існують два види барометрів: рідинні (трубка Торрічеллі) та металеві (барометр-анероїд).

Рідинний барометр (трубка Торрічеллі)

Уперше атмосферний тиск був виміряний Е. Торрічеллі. У його досліді атмосферний тиск урівноважується тиском стовпа ртуті у скляній трубці (рис. 4.8, б). Над ртуттю утворюються насичені пари ртуті, тиск яких дуже малий, і ним нехтують, тому

Рис. 4.8

♦ Атмосферний тиск, який дорівнює тиску стовпа ртуті заввишки hpт = 760 мм при 0° С, називається нормальним атмосферним тиском:

1 мм рт. ст. = 133,3 Па, pатм = 105 Па.

♦ Оскільки тиск стовпа ртуті обумовлений його вагою, то ртутні барометри не можна використовувати:

1) в невагомості (Ррт = 0, тому завдяки тиску атмосфери трубка буде повністю заповненою);

2) під час руху із прискоренням (якщо прискорення напрямлено вгору, то вага ртуті збільшиться, тому рівень ртуті в трубці зменшиться; якщо прискорення напрямлено вниз, то вага ртуті зменшиться, а рівень ртуті в трубці збільшиться).

Металевий барометр (барометр-анероїд)

Барометр-анероїд складається з металевої герметичної гофрованої коробочки І, яка стискається при збільшенні атмосферного тиску і розширюється при його зменшенні (рис. 4.9).

Рис. 4.9

♦ Барометри-анероїди менш точні, ніж ртутні барометри, але вони зручніші у використанні, легкі, компактні та безпечні.

4.4.2. МАНОМЕТРИ

Для вимірювання тиску, більшого чи меншого від атмосферного, використовують рідинні або металеві манометри.

Рідинні манометри являють собою сполучені посудини, заповнені однорідною рідиною. Один кінець манометра з'єднаний з посудиною, в якій вимірюється тиск газу, а інший перебуває під атмосферним тиском (рис. 4.10, а).

Основна частина металевого манометра — зігнута в дугу пружна металева трубочка 1, один кінець якої закритий, а інший за допомогою крана 2 сполучений з посудиною, в якій вимірюється тиск (рис. 4.10, б).

Рис. 4.10

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ

1. Дві посудини різної форми (див. рисунок) частково заповнені рідинами. Установіть відповідність між фізичною ситуацією та співвідношеннями між тиском та силою тиску рідин в посудинах.

1 Висота стовпчиків рідин однакова, але густина рідини 1 менша від густини рідини 2.

2 Посудини заповнено рівними об'ємами однакової рідини.

3 Посудини заповнено однаковою рідиною до однакового рівня.

4 Об'єми рідин однакові, але густина рідини І більша за густину рідини 2.

А р1 = р2, F1 = F2

Б p1 = p2, F1 < F2

B p1 > p2, F1 = F2

Г р1 < р2, F1 < F2

Д p1 > p2, F1 > F2

Обгрунтування вибору відповіді

1. Гідростатичний тиск рідин визначається за формулою: р = ррідgh. За умовою р1 < р2, а h1 = h2, тому р1 < р2. Сила тиску F = pS. Оскільки р1 < р2, a S1 < S2 (див. рисунок), то F1 < F2. (Г)

2. За умовою V1 = V2. Рідина заповнює посудини частково, але в посудині 2 спочатку заповнюється більш широка частина, тому висота стовпчика рідини в посудині 2 менша від висоти стовпчика рідини в посудині 1: h1 > h2. Враховуючи, що р1 = р2, маємо р1 > р2. Сила тиску рідини дорівнює її вазі: F = Р = mg. Маси рідин однакові, отже, однаковими є й сили тисків: F1 = F2. (В)

3. За умовою р1 = р2, a = h2, тому р1 = р2. Оскільки F = pS, a S1 < S2, то F1 < F2. (Б)

4. Висота стовпчика рідини в посудині 2 менша від висоти стовпчика рідини в посудині 1 (див. обґрунтування твердження 2): h1 > h2. Враховуючи, що р1 > р2, маємо р1 > р2. Сила тиску рідини дорівнює її вазі: F = P = mg = pVg. Оскільки p1 > р2, a V1 = V2, то F1 > F2. (Д)

Відповідь: 1—Г, 2—В, З—Б, 4—Д.

2. На рисунку зображено спрощену схему гідравлічного підйомника. Площа малого поршня підйомника дорівнює 10 см2, а площа великого — 400 см2. Масою поршнів та силою опору знехтуйте. Укажіть правильне твердження. Поясніть, чому інші твердження є неправильними.

А На рисунку зображено момент, коли малий поршень рухається вгору.

Б Щоб підняти автомобіль масою 1 т, до малого поршня слід прикласти силу 250 Н.

В Підйомник дозволяє одержати виграш у силі в 10 разів.

Г Якщо малий поршень опустити на 20 см, то великий поршень підніметься на висоту 2 см.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є неправильним. З рисунку бачимо, що клапан, який з'єднує циліндри, відкритий, отже, рідина перетікає з малого циліндра у великий, тому малий поршень рухається вниз.

□ Твердження Б є правильним. За формулою гідравлічної машини = , маємо: F1 = .

Враховуючи, що сила F2 за модулем дорівнює вазі автомобіля (масою поршнів та силою опору нехтуємо) F2 = P = mg , отримуємо:

F1 = = = 250Н.

□ Твердження В є неправильним. Гідравлічна машина дає виграш у силі у стільки разів, у скільки площа його великого поршня більша

за площу малого поршня:

= .

Отже, для ідеальних умов підйомник дає виграш в силі y = = 40 (разів). У реальній ситуації при таких самих параметрах підйомника виграш в силі буде меншим.

□ Твердження Г є неправильним. Рідина майже не стискається, тому об'єм рідини, яка перетікає з малого циліндра у великий, залишається незмінним: V1 = V2. Якщо малий поршень опуститься на висоту h1, а великий поршень підніметься на висоту h2, то буде виконуватися рівність: S1 ∙ h1 = S2 . h2 = = 40. Звідси маємо: h2 = = = 0,5 (CM). h2= 5 мм.

Відповідь: Б.

3. Бриля льоду об'ємом 9 м3 плаває в прісній воді басейна. Густина льоду 900 кг/м, густина води 1000 кг/м3. Вважайте, що g = 10 м/с2. Укажіть правильне твердження. Поясніть, чому інші твердження є неправильними.

А Архімедова сила, яка діє па брилю, більша за силу тяжіння.

Б Архімедова сила, яка діє на брилю, дорівнює 100 кН.

В Об'єм надводної частини брилі дорівнює 8,1 м3.

Г Після того як бриля розтане, рівень води в басейні знизиться.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є неправильним. Якщо тіло плаває на поверхні рідини або газу, то сили, які діють на тіло, скомпенсовані. Оскільки на брилю діють лише сила тяжіння та архімедова сила, то Fapx = Fтяж.

□ Твердження Б є неправильним. Бриля плаває на поверхні води, тому Fapx = Fтяж = mльоду g. Враховуючи, що mльоду = pльодуVльоду, маємо: Fарх = рльодуVльоду g = 900 ∙ 9 ∙10 = 81 ∙ 103 (Н).

□ Твердження В є правильним. Бриля плаває на поверхні води, отже, Fapx = mльодуg, mльоду = рльоду Vльоду, a Fарх = ррідgVзап.част, тому

ррідgVзап.част = рльодуVльоду g Vзап.заст = .

Vзап. част = = 8,1 (м3).

□ Твердження Г є неправильним. За законом Архімеда вага тіла, яке плаває, дорівнює вазі витісненої рідини, отже, маса льоду дорівнює масі витісненої води. Тому об'єм води, який утвориться внаслідок танення льоду, дорівнюватиме об'єму води, яку бриля витіснила до того, як почала танути. Рівень води в басейні не зміниться.

Відповідь: В.

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ

1. Куб із ребром а міститься у рідині густиною р. Висота стовпа рідини над верхньою гранню дорівнює h. Атмосферний тиск ратм. Укажіть неправильне твердження. Доведіть, що інші твердження є правильними.

А Гідростатичний тиск на верхню грань куба визначається за формулою ргідр = pgh.

Б Загальний тиск на верхню грань куба визначається за формулою р = paтм + pgh.

В Сила гідростатичного тиску на нижню грань куба визначається за формулою F = a2pg(h +а).

Г Якщо куб міцно прилягає до дна посудини, то архімедова сила, що діє на нього, визначається за формулою Fapx = a3pg.

2. Ліве коліно U-подібної трубки запаяне, а праве — відкрите. Трубка частково заповнена рідиною (див. рисунок). Укажіть правильне співвідношення між значенням тиску в точках А, В, С, D. Зміною тиску повітря залежно від висоти знехтуйте.

А рВ < рА < рС < рD

Б pA < pB < pC < pD

в рA < pC < рB < рD

Г pD < pC < pB < pA

3. Установіть відповідність між фізичною ситуацією та співвідношенням між густиною тіла рВ і густиною води рв, силою тяжіння Fтяж і архімедовою силою Рарх.

1 Лебідь плаває на поверхні озера

2 Риба плаває у воді на деякій глибині

3 Підводний човен піднімається з великої глибини

4 Камінь тоне у воді

А рт < ррід, Fтяж < Fарх

Б рт < pрід, Fтяж = Fарх

В PТ = РPІД, Fтяж = Fарх

Г рт = ррід, Fтяж > Fарх

Д рт >pрід, Fтяж > Fарх

4. Тіло плаває на поверхні рідини. Об'єм зануреної частини вдвічі менший, ніж об'єм тіла ( = 2).

Установіть відповідність між фізичною ситуацією та відношенням .

Вважайте, що інші характеристики тіла і речовини залишилися незмінними.

1 Об'єм тіла збільшили вдвічі

2 Густину рідини збільшили вдвічі

3 Густину тіла збільшили вдвічі

4 На тіло поклали вантаж, маса якого втричі менша від маси тіла

А 1

Б 1,5

В 2

Г 3

Д 4

5. Блок з алюмінієвими важками масами m1 = 2,3 кг і m2 = 2,7 кг підвішений над посудиною з водою (див. рисунок). Густина алюмінію 2700 кг/м3, густина води 1000 кг/м3. Знайдіть (в метрах на секунду в квадраті) прискорення руху важків.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.