Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 99
- Тип: ГДЗ, Решебник.
- Авторы: Перышкин И. М., Иванов А. И.
- Часть: без частей.
- Год: 2026.
- Серия: (ФГОС).
- Издательство: Просвещение.
тепловых процессах, определить влажность воздуха.
Теперь вы знаете, как работают тепловые двигатели и как охарактеризовать эффективность преобразования энергии в них.
ОБСУДИМ?
Прочитайте описание опыта, взятого из популярного в XIX в. учебника физики известного педагога К. Д. Краевича.
«Если нагретое до некоторой температуры (например, до 50 °C) тело а (например, стограммовую медную гирьку) поместить в углубление, сделанное в куске льда А и закрываемое другим куском льда В, то тело будет охлаждаться, уступая свою теплоту льду и превращая его в воду. Через некоторое время тело примет температуру растаявшей воды и льда, т. е. 0 °С, и дальнейшее таяние прекратится. Вода может быть собрана губкою, и количество образовавшейся воды определено взвешиванием; оно может служить мерою той теплоты, которую тело потеряло, охладившись от 50 до 0 °С, и которую надо ему сообщить, чтобы нагреть его от 0 до 50 °С».
Ледяной калориметр обладает рядом преимуществ по сравнению с другими калориметрами. Главное из них — это практически полное отсутствие рассеяния энергии в окружающую среду.
Как, используя данный эксперимент, определить удельную теплоёмкость меди?
ПРОЕКТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ
Номер 1.
«Ледяной калориметр» (возможная форма: презентация, опыт, макет).
Ответ:
Презентация.
Слайд 1.
ЛЕДЯНОЙ КАЛОРИМЕТР
Слайд 2.
Что такое ледяной калориметр?
Ледяной калориметр — это прибор для определения количества теплоты, передаваемой от горячего тела к окружающей среде, основанный на таянии льда. Используется для:
• Измерения количества теплоты, потерянной телом при охлаждении;
• Вычисления удельной теплоёмкости материалов.
Слайд 3.
Принцип работы ледяного калориметра
• Горячее тело (например, медная гирька) помещается в углубление во льду.
• Тело отдаёт своё тепло льду.
• Лёд тает, превращаясь в воду.
• Масса растаявшего льда измеряется.
• По массе растаявшего льда вычисляется количество теплоты, потерянное телом.
Слайд 4.
Эксперимент с ледяным калориметром
• Нагреть тело (например, медную гирьку массой 100 г) до известной температуры (например, 50 °C).
• Поместить тело в углубление в куске льда (температура льда — 0 °C).
• Дождаться, пока тело остынет до 0 °C, а лёд вокруг него начнёт таять.
• Собрать талую воду и измерить её массу.
• Использовать полученные данные для расчёта теплоты, потерянной телом.
Слайд 5.
Расчет удельной теплоемкости материала
Используем закон сохранения энергии: теплота, потерянная телом, равна теплоте, полученной льдом.
Формулы:
Теплота, потерянная телом: Qтело = mтела · cматериала · (T1 – T2), где:
mтела — масса тела;
cматериала — удельная теплоёмкость материала;
T1 и T2 — начальная и конечная температуры тела.
Теплота, полученная льдом: Qлёд = mльда · Lf, где:
mльда — масса растаявшего льда;
Lf — скрытая теплота плавления льда (≈ 334 кДж/кг).
Уравнение теплового баланса: mтела · cматериала · (T1 – T2) = mльда · Lf.
Удельная теплоёмкость: cматериала = mльда · Lf) / mтела · T₁ – T₂).
Слайд 6.
Преимущества ледяного калориметра
• Высокая точность измерений за счёт минимальных тепловых потерь (температура системы остаётся 0 °C).
• Простая конструкция (не требует сложного оборудования).
• Не нужен точный термометр для измерения температуры льда (всегда 0 °C).
• Легко воспроизводим в школьных условиях.
Слайд 7.
Применение ледяного калориметра
• В школах и университетах для демонстрации законов термодинамики.
• В научных исследованиях для измерения теплоёмкости различных материалов.
• В промышленности для контроля качества материалов (определение теплофизических свойств).
• В исторических экспериментах (использовался в XIX веке для изучения тепловых процессов).
Слайд 7.
Вывод и итоги
• Ледяной калориметр — простой и точный прибор для измерения теплоты.
• С помощью калориметра можно определить удельную теплоёмкость материалов.
• Принцип работы основан на таянии льда и законе сохранения энергии.
• Эксперимент помогает понять законы термодинамики и процессы теплообмена.
2. «Опыт Франклина по изучению излучения и поглощения энергии сукном разного цвета» (возможная форма: презентация, опыт, реферат).
Ответ:
Реферат: «Опыт Франклина по изучению излучения и поглощения энергии сукном разного цвета»
Введение
Одним из знаковых экспериментов в истории физики стал опыт Бенджамина Франклина, проведённый примерно в 1761 году. Этот эксперимент наглядно продемонстрировал связь между цветом поверхности объекта и его способностью поглощать тепловую энергию от излучения (в данном случае — солнечного света). Исследование Франклина заложило основы для понимания физических процессов поглощения и отражения света различными материалами.
1. Бенджамин Франклин и его вклад в науку
Бенджамин Франклин (1706–1790) — выдающийся американский учёный, политик и изобретатель. Помимо политической деятельности, он внёс значительный вклад в развитие физики, особенно в области электричества и тепловых явлений. Франклин известен не только как автор концепции громоотвода, но и как исследователь, чьи работы повлияли на понимание природы тепла и света.
2. Цель и гипотеза эксперимента
Цель опыта Франклина — исследовать, как цвет поверхности влияет на её способность поглощать солнечную энергию и преобразовывать её в тепло.
Гипотеза: тёмные поверхности поглощают больше солнечного света и сильнее нагреваются, в то время как светлые поверхности отражают большую часть излучения и нагреваются слабее.
3. Методика проведения опыта
Для проверки своей гипотезы Франклин провёл следующий эксперимент:
• Подготовил несколько квадратных лоскутов шерстяной ткани (сукна) одинакового размера и толщины.
• Использовал ткани разных цветов: чёрный, тёмно-синий, зелёный, красный, жёлтый и белый.
• В ясный солнечный день разложил образцы ткани на ровной поверхности свежевыпавшего чистого снега.
• Оставил лоскуты под прямыми лучами солнца на несколько часов.
• Наблюдал за глубиной погружения каждого лоскута в снег.
4. Результаты эксперимента
По истечении нескольких часов Франклин зафиксировал следующие результаты:
• Чёрный лоскут погрузился в снег на максимальную глубину — он поглотил наибольшее количество солнечной энергии и нагрелся сильнее всего, проплавив под собой снег.
• Белый лоскут практически не нагрелся и остался на поверхности снега — он отразил почти всё падающее на него излучение.
• Лоскуты промежуточных цветов (тёмно-синий, красный, зелёный, жёлтый) опустились на глубину, прямо пропорциональную темноте их цвета: чем темнее цвет, тем глубже погружался лоскут.
5. Научное объяснение результатов
Результаты опыта подтвердили гипотезу Франклина. Физическая суть явления заключается во взаимодействии света с веществом:
• Видимый цвет объекта определяется длинами волн света, которые он отражает.
• Чёрный объект поглощает почти весь видимый свет, преобразуя его энергию в тепло.
• Белый объект отражает почти весь падающий на него свет, поэтому практически не нагревается.
Математически это можно выразить через коэффициент поглощения (α): Qпогл = α · Qпад, где:
Qпогл — количество поглощённой теплоты;
Qпад — энергия падающего излучения;
α — безразмерный коэффициент поглощения.
Для абсолютно чёрного тела α = 1, а для идеально белого (зеркального) тела α = 0. В опыте Франклина чёрный лоскут имел коэффициент поглощения, близкий к единице, а белый — близкий к нулю.
6. Практическое значение открытия
Опыт Франклина имеет множество практических применений:
• В быту: объяснение, почему в солнечный день рекомендуется носить одежду светлых тонов, а тёмная одежда помогает согреться зимой.
• В строительстве: использование «прохладных крыш» белого цвета в жарких странах для снижения нагрева зданий.
• В гелиоэнергетике: рабочие поверхности солнечных коллекторов и батарей делают чёрными для максимального поглощения солнечной энергии.
• В климатологии: понимание эффекта альбедо (отражающей способности) снежных и ледяных покровов планеты.
• В транспортной отрасли: выбор цвета кузова автомобилей с учётом климатических условий.
7. Историческое и научное значение
Эксперимент Франклина стал одним из первых систематических исследований взаимосвязи между цветом, излучением и поглощением энергии. Его работа:
• заложила основы для дальнейшего изучения термодинамики и оптики;
• повлияла на развитие технологий, связанных с управлением тепловым излучением;
• продемонстрировала важность простых, но наглядных экспериментов для понимания сложных физических явлений.
Заключение
Опыт Бенджамина Франклина по изучению излучения и поглощения энергии сукном разного цвета — классический пример того, как с помощью несложного эксперимента можно сделать важное научное открытие. Это исследование не только подтвердило зависимость между цветом поверхности и её тепловыми свойствами, но и стало фундаментом для многих современных технологий и практических применений в различных областях науки и жизни. Открытие Франклина остаётся актуальным и в наши дни, продолжая влиять на развитие науки и техники.
«Моя умная теплица» (возможная форма: презентация, реферат, макет).
Ответ:
Проект «Моя умная теплица»
Цель проекта: создать модель «умной теплицы», которая автоматически поддерживает оптимальные условия для роста растений (температуру, влажность, освещённость) с использованием современных технологий.
Задачи:
• Изучить физические процессы, происходящие в теплице (теплообмен, тепловое излучение, испарение, конденсация).
• Разработать схему автоматизации теплицы с использованием микроконтроллеров.
• Собрать макет теплицы с датчиками и исполнительными устройствами.
• Протестировать работу системы и проанализировать результаты.
• Сформулировать рекомендации по оптимизации условий роста растений.
Актуальность: Проект актуален, так как позволяет:
• повысить урожайность за счёт поддержания идеальных условий;
• снизить трудозатраты на уход за растениями;
• применить знания по физике (тепловые процессы, законы излучения) и информатике (программирование микроконтроллеров) на практике.
Теоретическая часть
1. Физические процессы в теплице
В основе работы теплицы лежат несколько ключевых физических явлений:
• Тепловое излучение: солнечные лучи проникают через прозрачное покрытие, нагревают почву и растения.
• Теплообмен: тепло от почвы передаётся воздуху, создавая благоприятный микроклимат.
• Конденсация и испарение: контроль влажности важен для предотвращения плесени и обеспечения фотосинтеза.
• Закон сохранения энергии: тепло, поступающее в теплицу, частично уходит через покрытие и стены — задача системы автоматизации минимизировать потери.
2. Принципы работы «умной теплицы»
«Умная теплица» состоит из:
• датчиков (температуры, влажности, освещённости), которые собирают данные о состоянии среды;
• микроконтроллера (например, Arduino), который анализирует данные и принимает решения;
• исполнительных устройств (вентиляторы, обогреватели, системы полива, лампы), которые корректируют условия.
Практическая часть
1. Материалы и инструменты:
• каркас теплицы (дерево, пластик);
• прозрачное покрытие (плёнка, поликарбонат);
• микроконтроллер Arduino Uno;
• датчики DHT11 (температура и влажность), фоторезистор (освещённость);
• реле для управления устройствами;
• вентилятор, обогреватель, помпа для полива;
• светодиоды для досветки;
• провода, разъёмы, блок питания;
• инструменты (отвёртки, паяльник, кусачки).
Этапы сборки:
Этап 1. Сборка каркаса и покрытия теплицы.
• Собрать каркас из деревянных брусков или пластиковых труб.
• Обтянуть каркас плёнкой или установить листы поликарбоната.
• Обеспечить герметичность соединений для минимизации теплопотерь.
Этап 2. Монтаж датчиков.
• Установить датчик DHT11 на высоте 50 см от почвы.
• Разместить фоторезистор у верхней части теплицы.
• Подключить датчики к микроконтроллеру согласно схеме.
Этап 3. Подключение исполнительных устройств.
• Подключить вентилятор к реле, управляемому Arduino.
• Подсоединить обогреватель через другое реле.
• Установить помпу для капельного полива.
• Монтировать светодиоды для досветки.
Этап 4. Программирование микроконтроллера. Написать скетч для Arduino, который:
• считывает данные с датчиков каждые 5 минут;
• сравнивает текущие значения с заданными параметрами (например, температура 25°C, влажность 60%, освещённость 1000 люкс);
• включает вентилятор при перегреве, обогреватель при похолодании, помпу при сухости почвы, светодиоды при недостатке света.
Этап 5. Тестирование системы.
• Разместить в теплице горшки с рассадой.
• Запустить систему и наблюдать за её работой в течение недели.
• Фиксировать данные с датчиков и корректировать параметры в скетче при необходимости.
Экспериментальная часть
Провести серию экспериментов для проверки эффективности системы:
Эксперимент 1: сравнить рост растений в «умной теплице» и в обычной за 2 недели.
Эксперимент 2: измерить энергопотребление системы и оценить её экономичность.
Эксперимент 3: протестировать работу системы при резком понижении температуры (имитация ночного похолодания).
Ожидаемые результаты:
• автоматическое поддержание температуры в диапазоне 20–25°C;
• уровень влажности 50–70%;
• продление светового дня за счёт светодиодов;
• равномерный полив растений;
• увеличение скорости роста растений на 20–30% по сравнению с традиционной теплицей.
Анализ результатов
После тестирования проанализировать:
• точность работы датчиков;
• скорость реакции системы на изменения условий;
• влияние автоматизации на рост растений (измерять высоту, количество листьев, массу урожая);
• возможные улучшения (добавление датчика CO2, системы проветривания).
Выводы
В ходе проекта было доказано, что:
• автоматизация теплицы с помощью микроконтроллера значительно улучшает условия для роста растений;
• знания по физике и информатике можно успешно применять в сельском хозяйстве;
• «умная теплица» экономит время и ресурсы, повышая урожайность.
Перспективы развития:
• интеграция системы с мобильным приложением для удалённого контроля;
• добавление датчика уровня углекислого газа для оптимизации фотосинтеза;
• использование солнечных батарей для энергоснабжения теплицы;
• расширение функционала (автоматическая подкормка, анализ почвы).
С подпиской рекламы не будет
Подключите премиум подписку со скидкой в 40% за 149 ₽
Напишите свой комментарий.