Logo
Logo

Тепловое сопротивление

1  ?? Снимите зависимость относительного удлинения проволоки $\varepsilon$ от растягивающей её силы $F$. Постройте график полученной зависимости. Определите модуль Юнга $E$ материала проволоки и оцените его погрешность.

1 Описан метод проведения измерений. 0.50
3 Таблица измерений.
Оценивается количество измерений: углы $\varphi$ при различных значениях объёма $V$ воды в бутылке.

Примечание: баллы за пункт ставятся только в случае, если измеренная сила натяжения проволоки отличается от реальной не более, чем на трение в оси колесика.

7 × 0.30
4 В таблице присутствуют прямые измерения с правильной размерностью для всех точек. 0.70
8 Диапазон углов шириной $\geq15^\circ$. 1.00
9 Диапазон углов шириной $\geq8^\circ$. 0.50
10 Диапазон углов шириной $<8^\circ$. 0.00
12 В работе указано, что перед экспериментом проволока распрямляется. Или отброшены точки, соответствующие не распрямлённой проволоке. 1.00
13 В экспериментальных данных присутствует либо различимый в рамках погрешности сдвиг, связанный с силой трения (минимум $0.1~\text{Н}$), либо нелинейный участок при малых силах натяжения. 1.00
14 При вычислении силы $F$ учтена масса бутылки $m_0$. 0.50
График в координатах $\varepsilon$ от $F$ (при наличии таблицы измерений) или аналогичный с точностью до известных или измеренных констант.
17 Построен график именно в координатах $\varepsilon$ от $F$. 0.80
19 Оси графика подписаны в соответствии с требованиями и размеры графика и область, в которой располагаются экспериментальные точки, соответствует требованиям. 0.30
21 Масштаб осей и их оцифровка соответствуют требованиям. 0.30
22 Экспериментальные точки нанесены на график правильно и в полном объёме. 0.30
24 Проведена прямая, описывающая зависимость. 0.30
25 С помощью графика найден коэффициент наклона $k_1$. 0.40
26 Коэффициент наклона $k_1$ найден без использования графика. 0.20
27 Коэффициент наклона $k_1$ не определяется. 0.00
28 Ответ для модуля Юнга $E$ попадает в узкие ворота $E \in [90,120]~\text{ГПа}$.

Примечание: ответ не оценивается при неправильной расчетной формуле, например, если считается, что на угол отклонения влияет длина всей проволоки.

2.00
29 Ответ для модуля Юнга $E$ попадает в широкие ворота $E \in [70,140]~\text{ГПа}$. 1.00
30 Ответ для модуля Юнга $E$ НЕ попадает в широкие ворота $E \notin [70, 140]~\text{ГПа}$. 0.00
31 Аргументированно проведена оценка погрешности модуля Юнга.

Примечание: баллы за этот пункт можно получить только при ненулевых баллах за ответ для модуля Юнга $E$.

0.50
2  ?? Снимите зависимость относительного удлинения участка проволоки $\varepsilon$ и напряжения $U$ на его концах от силы тока $I$, который течёт через него. То есть для каждого значения силы тока $I$ определите значение $\varepsilon$ и $U$. Проведите эксперимент, сначала увеличивая силу тока в диапазоне от $0 \text{ A}$ до $2 \text{ A}$, и затем, не выключая источник, уменьшая силу тока в том же диапазоне. Предложите две величины, выраженные через $U$, $I$ и $\varepsilon$, зависимость между которыми предположительно линейна. Постройте график этой зависимости.

1 Явно указано, что контакты подключены к части проволоки, растяжение которой не влияет на угол отклонения. 0.50
2 Явно указано, что в качестве груза используется бутылка с водой. 0.50
3 Явно указана используемая электрическая схема измерения. 0.20
4 Используется правильная электрическая схема измерения (вольтметр подключен непосредственно к проволоке). Либо правильно учтено сопротивление амперметра. 1.00
6 Проведено измерение при малых значениях силы тока $I<200~\text{мА}$ (в таком случае температура близка к комнатной). 0.50
7 Измерения при малых значения силы тока проводятся в подходящих режимах амперметра ('200 mA') и вольтметра ('2 V' или '200 mV'). 0.50
11 Таблица измерений.
Оценивается количество измерений: тройки $U$, $\varphi$ при увеличении тока $I$.
7 × 0.35
12 Таблица измерений.
Оценивается количество измерений: тройки $U$, $\varphi$ при уменьшении тока $I$.
7 × 0.35
13 В таблице присутствуют прямые измерения с правильной размерностью для всех точек. 0.70
14 Используется формула $R(t + \Delta t) = R_0 (1 + \alpha \Delta t)$ или формула $W_\text{потерь} \propto \Delta t$.
1.00
15 Выбраны координаты $\varepsilon$ от $\Delta R / R$ или $\varepsilon$ от $IU$ или аналогичные с точностью до известных или измеренных констант. 1.00
16 Все пары $I$, $U$ пересчитаны в сопротивление $R$ или мощность $IU$. 1.00
17 В зависимости виден явный гистерезис. При одинаковой силе тока в режиме "нагревания" и "охлаждения" углы $\varphi$ отличаются не менее, чем на $2^\circ$. 1.00
График в координатах $\varepsilon$ от $\Delta R / R$, $\varepsilon$ от $IU$ или аналогичные с точностью до известных или измеренных констант.
22 Оси графика подписаны в соответствии с требованиями и размеры графика и область, в которой располагаются экспериментальные точки, соответствует требованиям. 0.50
23 Масштаб осей и их оцифровка соответствуют требованиям. 0.50
24 Экспериментальные точки нанесены на график правильно и в полном объёме. 0.50
M1 - оценен пункт за наличие гистерезиса в зависимости
M2 - не оценен пункт за наличие гистерезиса в зависимости
27 M1 Проведена прямая, описывающая нагревание. 0.25
28 M1 Проведена прямая, описывающая остывание. 0.25
29 M2 Проведена прямая, описывающая зависимость. 0.50
3  ?? Предложите метод, позволяющий определить коэффициент теплового расширения $\beta$ проволоки. Проведите серию измерений, необходимых для определения $\beta$. Обработайте результаты измерений при помощи линеаризованного графика. Найдите значение $\beta$ и оцените его погрешность.

1 Предложено использовать коэффициент наклона графика $\varepsilon$ от $\Delta R / R$ в качестве $\beta / \alpha$. 1.00
2 Предложено измерить сопротивление проволоки при разных температурах окружающей среды, то есть определить температурный коэффициент сопротивления $\alpha$.

 

Примечание: пункт оценивается вне зависимости от того, как участник интерпретирует зависимость сопротивления от температуры.

1.00
M1 - оценен пункт за наличие гистерезиса в зависимости
M2 - не оценен пункт за наличие гистерезиса в зависимости
4 M1 Из графика $\varepsilon$ от $\Delta R/R$ в пункте 2 найден коэффициент наклона $k_\text{наг}$. 0.40
5 M1 Коэффициент наклона $k_\text{наг}$ найден без использования линеаризованного графика в пункте 2. 0.20
6 M1 Коэффициент наклона $k_\text{наг}$ не находится. 0.00
7 M1 Из графика $\varepsilon$ от $\Delta R/R$ в пункте 2 найден коэффициент наклона $k_\text{ост}$.

Примечание: Если вычислен или найден только один коэффициент, то данный пункт не оценивается.

0.40
8 M1 Коэффициент наклона $k_\text{ост}$ найден без использования линеаризованного графика в пункте 2. 0.20
9 M1 Коэффициент наклона $k_\text{ост}$ не находится. 0.00
10 M2 Из графика $\varepsilon$ от $\Delta R/R$ в пункте 2 найден коэффициент наклона $k_2$. 0.80
11 M2 Коэффициент наклона $k_2$ найден без использования линеаризованного графика в пункте 2. 0.40
12 M2 Коэффициент наклона $k_\text{2}$ не находится. 0.00
13 Для измерения сопротивления используется малый ток $I<200~\text{мА}$ и режим амперметра '200 mA'. 0.50
14 Предложена и в явном виде описана установка, позволяющая избежать контакта разных участков проволоки. 1.00
15 Таблица измерений. Оценивается количество измерений: токи $I$ и напряжения $U$ при различных температурах $t$.

Измерения омметром НЕ оцениваются.

7 × 0.30
16 В таблице присутствуют прямые измерения с правильной размерностью для всех точек. 0.70
17 Диапазон температур $\geq 30^\circ\text{C}$ 1.00
18 Диапазон температур $\geq 10^\circ\text{C}$ 0.50
19 Диапазон температур $< 10^\circ\text{C}$ 0.00
20 Использована нормировка на сопротивление $R_0$ проволоки при температуре близкой к комнатной. 0.50
Построен график $\Delta R / R$ от $t$ или аналогичный с точностью до известных или измеренных констант.
23 Оси графика подписаны в соответствии с требованиями и размеры графика и область, в которой располагаются экспериментальные точки, соответствует требованиям. 0.50
24 Масштаб осей и их оцифровка соответствуют требованиям. 0.50
25 Экспериментальные точки нанесены на график правильно и в полном объёме. 0.50
27 Проведена прямая, описывающая зависимость. 0.50
28 Из графика найден коэффициент наклона $k_4$. 0.40
29 Коэффициент наклона $k_4$ найден без использования графика. 0.20
30 Коэффициент наклона $k_4$ не найден. 0.00
33 Ответ для $\beta$ попадает в узкие ворота $\beta \in [1.4,2.6] \cdot 10^{-5}\,^\circ \text{C}^{-1}$. 2.00
34 Ответ для $\beta$ попадает в широкие ворота $\beta \in [1.0,3.0] \cdot 10^{-5}\,^\circ \text{C}^{-1}$. 1.00
35 Ответ для $\beta$ НЕ попадает в широкие ворота $\beta \notin [1.0,3.0] \cdot 10^{-5} \,^\circ \text{C}^{-1}$. 0.00
36 Аргументированно проведена оценка погрешности для $\beta$.

Примечание: баллы за этот пункт можно получить только при ненулевых баллах за ответ для $\beta$.

0.50