Исследование компьютерной модели «Теплоемкости

Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Исследование компьютерной модели «Теплоемкости идеального газа»
Ознакомительное задание
1) Откройте в разделе «Термодинамика» окно модели «Теплоемкости идеального газа».
Модель позволяет проследить выполнимость первого закона термодинамики в процессах
при постоянном объеме и при постоянном давлении. Количество вещества в модели
принять равным 1 молю. Компьютерный эксперимент позволяет проиллюстрировать
соотношение между молярными теплоемкостями Cp и Cv (соотношение Р. Майера): CpCv=R.
2) Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
Эксперимент 1
По данным компьютерного эксперимента рассчитайте значения молярных теплоемкостей Cp и
Cv. Для этого установите режим «V = const» и для разных значений ∆T найдите значения Qv.
Проведите эксперимент для режима «p = const» при тех же значениях ∆T . Заполните таблицу:
∆T, K
Qv, Дж
Qp, Дж
Cv, Дж/К
Cp, Дж/К
Запишите результаты вычислений. Проверьте выполнение соотношения Майера:
Cp-Cv=R. Сформулируйте вывод.
Эксперимент 2
По данным первого эксперимента постройте графики зависимости Qv(∆T) и Qp(∆T). Чем
обусловлен разный угол наклона графиков к оси ∆T? Используя данные графиков рассчитайте Qp
- Qv для разных значений ∆T. Докажите, что
Qp - Qv = νR∆T. Сравните данные эксперимента с теоретическими расчетами, заполнив
таблицу: Сформулируйте вывод.
∆T, K
Qv, Дж
Qp, Дж
Qp - Qv, Дж
νR∆T
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Компьютерная модель «Вынужденные колебания в RLC контуре»
Ознакомительное задание
1) Откройте в разделе «Электричество и магнетизм» окно модели «Вынужденные
колебания в RLC контуре».
2) Установите следующие параметры модели:
3) R = 4 Ом; L = 2 мГн; C = 50 мкФ; ω = 1500 с-1 .
4) Для данного контура рассчитайте:
индуктивное сопротивление, емкостное сопротивление, полное сопротивление цепи,
частоту тока, действующее значение силы тока, амплитудное значение силы тока.
Результаты запишите в таблицу:
XL, Ом
XC, Ом
Z, Ом
ν, Гц
I, А
Im, А
5) Чему равна резонансная частота в цепи переменного тока? Конденсатор какой емкости
следует включить в цепь при том же значении индуктивности, чтобы в контуре наступил
резонанс?
Эксперимент 1
Исследуйте зависимость индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.
Результаты компьютерного эксперимента запишите в таблицу:
ω, с-1
XL, Ом
Постройте по результатам эксперимента
сопротивления от частоты переменного тока.
графическую
зависимость
индуктивного
Ответьте на вопросы:
1) Какой вид электрического резонанса наблюдается в данной цепи переменного тока?
2) Как изменяется вид резонансной кривой при увеличении активного сопротивления
контура? Почему?
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Исследование модели «Свободные колебания в RLC контуре»
Ознакомительное задание
1. Откройте в разделе «Электричество и магнетизм» окно модели «Свободные колебания в
RLC контуре».
2. Установите следующие параметры модели:
3. L = 4 мГн; C = 10 мкФ; R =0; Q0 = 1,0·10-6 Кл.
4. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
5. Ответьте на вопросы:
 Почему колебания, возникающие в колебательном контуре, являются свободными?
 Одинаковы ли по фазе колебания заряда и силы тока в колебательном контуре?
 Как изменится период свободных колебаний в контуре при уменьшении емкости
конденсатора в 2 раза?
 Где сосредоточена энергия при свободных колебаниях в колебательном контуре через 1/8
периода после начала разрядки конденсатора?
Эксперимент.
 По приведенному графику найдите амплитуду заряда, амплитуду силы тока, период,
частоту, циклическую частоту.
 Напишите закон изменения q(t), i(t).
 Выясните, какие изменения в колебательных процессах происходят при перезарядке
конденсатора? Для этого установите, нажав кнопку «Выбор», отрицательное значение
заряда и нажмите кнопку «Старт».
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Исследование компьютерной модели «Термодинамические циклы»
Ознакомительное задание
1. Откройте в разделе «Молекулярная физика и термодинамика» окно модели
«Термодинамические циклы».
2. Установите цикл № 2.
3. Нажмите на кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
4. Прервите работу модели нажатием кнопки “Стоп”. Обратите внимание на то, что на
экране компьютера выводится энергетическая диаграмма, на которой представлены подводимое
количество теплоты Q, совершенная работа A и изменение ∆U внутренней энергии.
5. Проведите компьютерный эксперимент и заполните таблицу для основных
термодинамических характеристик соответствующих процессов, оценивая только знаки:
процессы
1-2
2-3
3-1
А
∆U
Q = А + ∆U
6. Укажите на каких стадиях газ получал, а на каких отдавал тепло. Ответ изобразите на
рисунке.
P
V
7. Проведите компьютерный эксперимент повторно, записывая в таблицу численные
значения термодинамических характеристик:
процессы
1-2
1-2-3
1-2-3-1
Q, кДж
A, кДж
∆U, кДж
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
8. По результатам эксперимента запишите:
 Работу газа за цикл А0 …………………………………
 Количество теплоты, полученное от нагревателя Q1……………………..
 Количество теплоты, отданное холодильнику Q2 ………………………...
9. Какой машине этот цикл соответствует: тепловому двигателю или холодильнику (нужное
подчеркните)?
10. Рассчитайте кпд цикла: ………………………………………………………………
11. Ответьте на вопросы:
 Как пользуясь (р, V) – диаграммой рассчитать работу А0, совершаемую газом за
цикл? …………………………………………………………………………………..
 Работа газа за цикл А0 при обходе цикла по часовой стрелке ………………,
при обходе против часовой стрелки…………………………………………………...............
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Компьютерная модель «Продольные и поперечные волны»
Ознакомительное задание
1. Откройте в разделе «Механические волны» окно модели «Продольные и поперечные
волны».
2. Установите режим: поперечные волны, в жгуте.
3. Нажмите кнопку «Старт», понаблюдайте за происходящим на экране.
4. Прервите распространение волны нажатием кнопки «Сброс». Обратите внимание на то,
что на экране компьютера отображаются значения длины волны и скорости
распространения волны.
5. Ответьте на вопросы:
 В каких направлениях совершаются колебания в продольной волне?
 Какой стрелкой на рисунке правильно отмечена длина волны?

В каких средах могут распространяться упругие продольные волны?
Эксперимент 1
1) Установите следующие параметры модели:
F =5 Н; μ = 0,1кг/м; ν =3 Гц.
2) Найдите скорость распространения волны, длину волны, период колебаний, циклическую
частоту, волновое число.
3) Запишите уравнение бегущей волны, считая амплитуду колебаний равной 0,4 м.
4) Постройте по результатам эксперимента график колебаний частиц среды и график волны.
Эксперимент 2
С помощью компьютерной модели исследуйте зависимость скорости распространения волны в
жгуте от силы натяжения жгута. Результаты эксперимента занесите в таблицу. Постройте
график зависимости скорости от силы натяжения в жгуте. Сформулируйте вывод.
Эксперимент 3
С помощью компьютерной модели убедитесь в том, что скорость волны не зависит от частоты.
Результаты эксперимента представьте в отчете.
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Компьютерная модель «Электрическое поле точечных зарядов»
Ознакомительное задание
1. Откройте в разделе «Электродинамика» окно модели «Электрическое поле точечных
зарядов».
2. Рассмотрите различные состояния модели и пронаблюдайте особенности ее работы.
3. Определите регулируемые параметры модели. Обратите внимание, что при установке
курсора в любой точке и нажатии левой клавиши мыши компьютер высвечивает на
дисплее значения модуля вектора напряженности электрического поля Е и потенциала φ в
данной точке.
Эксперимент 1
1. Исследуйте с помощью данной компьютерной модели картину силовых линий точечного:
 положительного заряда;
 отрицательного заряда.
Сравните картины силовых полей, сформулируйте вывод.
2. Пронаблюдайте изменение картины силовых
электрического заряда. Сформулируйте вывод.
линий
при
изменении
величины
Эксперимент 2
1. Смоделируйте картины силовых линий системы из двух точечных зарядов.
2. Проанализируйте зависимость густоты силовых линий от величин точечных зарядов.
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Компьютерная модель «Движение заряда в электрическом поле»
Задания к модели
Откройте в разделе «Электродинамика» окно модели «Движение заряда в
электрическом поле».
Эксперимент № 1. Исследование движения заряда
1. С помощью интерактивной модели «Движение заряда в электрическом поле»
смоделируйте движение заряда, находящегося между обкладками незаряженного и
заряженного конденсатора.
2. Введите необходимые исходные данные для первой ситуации: Е = 0 В/м,
Vx = 4,0·106 м/с, Vу = 0,5·106 м/с.
3. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране.
4. Прервите движение заряда нажатием кнопки «Стоп». Обратите внимание на то,
что на экране дисплея изображается траектория движения частицы, и выводятся
значения координат и составляющих скорости частицы в любой момент времени.
5. Для продолжения эксперимента снова нажмите кнопку «Старт».
6. Ответьте на вопросы (ответы обоснуйте):
 Как в данной ситуации движется заряд между обкладками конденсатора?
Почему?
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
7. Задайте исходные данные для второй ситуации: Е = 1500 В/м, Vx = 4,0·106 м/с,
Vу = 1,2·106 м/с. Проследите за движением электрона с помощью интерактивной
модели.
8. Ответьте на вопросы (ответы обоснуйте):
 Какая сила начинает действовать на электрон при влете в заряженный
конденсатор? Каково направление этой силы? Как движется электрон под
действием этой силы?
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Эксперимент № 2. Зависимость движения заряда от начальной скорости
С помощью компьютерной модели исследуйте зависимость дальности полета частицы
от начальной скорости (v0y = 0). Результаты компьютерного эксперимента запишите в
таблицу:
Результаты эксперимента № 2
x, см
v0, ·106 м/с
Постройте по результатам эксперимента графическую зависимость дальности полета
частицы от начальной скорости.
x, см
v0, ·106 м/с
Центр образовательных информационных технологий ПИППКРО
Сформулируйте вывод:………………………………………………………………………
Эксперимент № 3
С помощью компьютерной модели исследуйте зависимость дальности полета частицы от
напряженности поля конденсатора, изменяя напряженность от 1 до 10 кВ/м. Результаты
компьютерного эксперимента запишите в таблицу:
Результаты эксперимента № 3
x, см
Е, кВ/м
Постройте по результатам эксперимента графическую зависимость дальности полета
частицы от напряженности поля конденсатора.
x, см
Е, кВ/м
Сформулируйте вывод:………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………….