Задание 16

Анализ этапов проведения исследования по его описанию · 63 задания

Задание №16
№16
В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой плёнкой, наливают поочерёдно чистую воду и водный раствор соли одинакового объё…
Давление
Задание №16
№16
В два одинаковых сосуда налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх налили воду (рис. 1). Один из сосудов оставили при комнатно…
Броуновское движение, диффузия
Задание №16
№16
Используя две катушки, одна из которых подсоединена к источнику тока, а другая замкнута на амперметр, ученик изучал явление электромагнитной индукции.…
Электромагнитная индукция
Задание №16
№16
Ученик провёл эксперимент по изучению электрического сопротивления металлического проводника, причём в качестве проводника он использовал никелиновые…
Электрическое сопротивление
Задание №16
№16
Используя стакан с горячей водой, термометр и часы, учитель на уроке провёл опыты по исследованию температуры остывающей воды с течением времени. Резу…
Количество теплоты. Теплоёмкость
Задание №16
№16
Учитель на уроке, используя палочку и два лоскутка одной и той же ткани, последовательно провёл опыты по электризации. Описание действий учителя предс…
Электризация тел
Задание №16
№16
Ученик провёл эксперимент по изучению количества теплоты, выделяющейся при остывании металлических цилиндров различной массы, предварительно нагретых…
Количество теплоты. Теплоёмкость
Задание №16
№16
Ученик провёл эксперимент по изучению выталкивающей силы, действующей на цилиндр по мере его погружения в жидкость. На рисунке представлен график зави…
Закон Архимеда. Плавание тел
Задание №16
№16
Учитель на уроке провёл опыт по изучению движения тела по наклонной плоскости: шарик скатывался по наклонной плоскости из состояния покоя, причём фикс…
Равноускоренное движение
Задание №16
№16
Ученик провёл эксперимент по изучению электрического сопротивления металлического проводника, причём в качестве проводника он использовал никелиновые…
Электрическое сопротивление
Задание №16
№16
Используя две катушки, одна из которых подсоединена к источнику тока, а другая замкнута на амперметр, ученик изучал явление электромагнитной индукции.…
Электромагнитная индукция
Задание №16
№16
Ученик провёл эксперимент по изучению силы упругости, возникающей при подвешивании грузов различной массы к резиновым шнурам разных длины и толщины. Р…
Закон Гука

Задание №16 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Ученик провёл эксперимент по изучению силы упругости, возникающей при подвешивании грузов различной массы к резиновым шнурам разных длины и толщины.

Результаты экспериментальных прямых измерений массы mгруза, диаметра поперечного сечения dшнура, его первоначальной длины l₀ и удлинения
(l $–$ l₀), а также косвенных измерений коэффициента жёсткости k представлены в таблице.

$№$ опыта	m, кг	d, мм	l₀, см	(l $–$ l₀), см	$k , \&\text{nbsp}; \frac{Н}{м}$
1	0,5	3	50	5,0	100
2	0,5	5	100	3,6	140
3	0,5	3	100	10,0	50
4	1,0	3	50	10,0	100

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых измерений. Укажите их номера.

1) При увеличении толщины шнура его жёсткость увеличивается.

2) При увеличении длины шнура его жёсткость увеличивается.

3) Удлинение шнура зависит от его первоначальной длины.

4) Жёсткость шнура зависит от силы упругости.

5) Удлинение шнура зависит от упругих свойств материала, из которого изготовлен исследуемый образец.

Правильный ответ

Пояснение

Решение. Для того чтобы выбрать верные утверждения, проанализируем данные таблицы, сравнивая опыты попарно. Чтобы выявить зависимость одной величины от другой, необходимо выбирать такие опыты, в которых меняется только один параметр, а остальные остаются неизменными.

1) Проверим утверждение о зависимости жёсткости от толщины (диаметра $d$ ) шнура.
Сравним опыты № 1 и № 2. В них масса груза одинакова ( $m = 0,5$ кг), но длины шнуров разные ( $50$ см и $100$ см), поэтому прямое сравнение затруднено. Однако, если мы посмотрим на опыты с одинаковой длиной и массой, но разным диаметром, мы могли бы сделать точный вывод. В данной таблице для вывода о влиянии толщины на жёсткость достаточно заметить, что при увеличении диаметра $d$ (даже при увеличении длины, которая обычно уменьшает жёсткость) жёсткость в опыте № 2 ( $140$ Н/м) выше, чем в опыте № 1 ( $100$ Н/м). Согласно теории, жёсткость $k$ прямо пропорциональна площади поперечного сечения (и, следовательно, квадрату диаметра). Данные таблицы не противоречат этому: более толстый шнур имеет большую жёсткость. Утверждение № 1 соответствует результатам.

2) Проверим утверждение о зависимости жёсткости от длины шнура.
Сравним опыты № 1 и № 3. В них одинаковы масса груза ( $m = 0,5$ кг) и диаметр шнура ( $d = 3$ мм).
В опыте № 1: длина $l_0 = 50$ см, жёсткость $k = 100$ Н/м.
В опыте № 3: длина $l_0 = 100$ см, жёсткость $k = 50$ Н/м.
Мы видим, что при увеличении длины шнура в 2 раза его жёсткость уменьшилась в 2 раза. Следовательно, утверждение № 2 неверно.

3) Проверим зависимость удлинения от первоначальной длины.
Снова обратимся к опытам № 1 и № 3. Масса груза (а значит, и сила тяжести, растягивающая шнур) и диаметр шнура одинаковы.
В опыте № 1: $l_0 = 50$ см, удлинение $(l - l_0) = 5,0$ см.
В опыте № 3: $l_0 = 100$ см, удлинение $(l - l_0) = 10,0$ см.
При изменении первоначальной длины шнура его удлинение изменилось. Значит, удлинение зависит от первоначальной длины. Утверждение № 3 верно.

4) Зависит ли жёсткость от силы упругости?
Сравним опыты № 1 и № 4. В них шнуры имеют одинаковые параметры ( $d = 3$ мм, $l_0 = 50$ см), но к ним подвешены разные грузы ( $0,5$ кг и $1,0$ кг).
В опыте № 1: $m = 0,5$ кг, $k = 100$ Н/м.
В опыте № 4: $m = 1,0$ кг, $k = 100$ Н/м.
Сила упругости в состоянии равновесия равна силе тяжести ( $F_{упр} = mg$ ). При увеличении силы в 2 раза жёсткость $k$ осталась неизменной. Жёсткость — это характеристика самого тела, она не зависит от приложенной силы. Утверждение № 4 неверно.

5) Зависимость от материала.
В условии сказано, что ученик использовал "резиновые шнуры". В таблице нет данных об использовании шнуров из других материалов (например, стали или капрона). Следовательно, на основании данного эксперимента сделать вывод о зависимости от материала невозможно. Утверждение № 5 не подтверждается результатами данных измерений.

Ответ: 13

Источник: ФИПИ