С. Д. Варламов А. Р. Зильберман

Экспериментальные задачи физических олимпиад
171
конденсатору с ёмкостью 1 мкФ максимально возможную
энергию. После проведения успешного эксперимента нужно
подозвать одного из дежурных и провести контрольный экс-
перимент в его присутствии. Полученный результат в Воль-
тах записывается в рабочую тетрадь, а дежурный «визирует»
его.
(В первичной обмотке трансформатора должно быть в
p
C
2
/
C
1
=
30 раз меньшее количество витков, чем во вторич-
ной обмотке.)
Труба в «чёрном ящике»
Из «чёрного ящика», жёстко закреплённого на столе, вы-
ходят два конца пластиковой прозрачной трубки с внутрен-
ним диаметром 1—1,5 см. Участки концов длиной 15—20 см
расположены вертикально и закреплены. Один из концов
вверху «загибается вниз» — в него воду наливать невозмож-
но.
Задание
: определите длину однородной трубки, находя-
щейся внутри «чёрного ящика».
Оборудование
: секундомер, воронка, вода по требованию
(дежурный наливает воду в трубку из чайника, а эксперимен-
татор командует: «лей — стоп»).
Решение
. Вода наливается до тех пор, пока в двух вер-
тикальных участках трубы не появятся «столбики» воды,
заполнившие эти вертикальные участки наполовину. В до-
ступный для наливания воды конец трубы экспериментатор
дует и добивается того, что в другом видимом вертикальном
участке трубы вода поднялась почти до верхней точки. За-
тем «дутьё» прекращается и измеряется период возникших
колебаний воды в трубке. Этот период связан с общей длиной
участка трубки, заполненного водой, а не только с видимыми
заполненными водой участками.
Шарик с газом
Задание
: установите, каким газом наполнен выданный
резиновый шарик с диаметром примерно 20—25 см. Обо-
лочку шарика экспериментатор сам отдаёт организаторам,

172
Часть 2
и они возвращают ему эту оболочку с газом внутри. Газ
«выдаётся» только один раз в тот момент, когда его попросит
экспериментатор.
Оборудование
: рычажные весы, штатив, несколько не на-
дутых резиновых (воздушных) шариков, бумажная рулетка
1 м с миллиметровыми делениями, нитка, липкая лента
«скотч», учебник по физике или по другому предмету. (Кни-
га должна иметь стандартные размеры и массу, близкую
к массе стандартного учебника. Набор гирь и габариты весов
должны быть такими, чтобы книгу нельзя было взвесить
непосредственно на весах, а только методом «частичного»
взвешивания.) Книгу можно заменить на плоское стекло
толщиной 3—4 мм, длина и ширина стекла должны быть
примерно такими же, как у книги.
Шарики можно надувать углекислым газом или арго-
ном — эти газы имеют б´ольшую плотность, чем плотность
воздуха в комнате. Книга нужна, чтобы узнать давление газа
внутри, для этого она кладётся сверху на шарик, и давление
измеряется по размеру пятна контакта книги и шарика.
Решение очевидное — оболочка шарика взвешивается до
заполнения её газом, а затем взвешивается та же оболочка
с газом внутри. Рулетка используется для нахождения объ-
ёма газа в шарике. С помощью учебника или листа стекла
можно оценить давление газа внутри шарика. Оно не сильно
отличается от внешнего атмосферного давления. По резуль-
татам проведённых измерений оценивается молярная масса
газа.
Очковая линза
Задание
: найдите коэффициент преломления выпукло-во-
гнутой линзы от очков с оптической силой примерно (
+
2)—
(
+
2,5) дптр. На потолке (высота более 3,5 м) должен быть
яркий источник света — лампа накаливания небольших раз-
меров.
Оборудование
: линза, миллиметровая бумага, яркий то-
чечный источник света на потолке.
Решение
. Поверхность стекла частично отражает свет.
Поэтому в том случае, когда центры кривизны стеклянных

Экспериментальные задачи физических олимпиад
173
поверхностей находятся между стеклом и далёким точечным
источником света, можно получить действительные изоб-
ражения источника света не только «за линзой», но и в
промежутке между линзой и источником света. Эти изобра-
жения можно получить, например, на листочке бумаги. Для
решения задачи необходимо найти и фокусное расстояние
линзы
F
, и расстояния
L
1
и
L
2
от линзы до действительных
изображений, получаемых между линзой и источником све-
та. Таких изображений достаточно большой яркости два (их
на самом деле больше, но все остальные изображения имеют
существенно меньшую яркость, чем два самых ярких). Одно
из этих изображений создаётся только при отражении света
от вогнутого «зеркала» с небольшим коэффициентом отраже-
ния. Измерив расстояние от линзы до этого изображения
L
1
(оно дальше от линзы, чем второе изображение), можно
вычислить радиус кривизны этого «зеркала»:
R
1
=
2
L
. Второе
изображение между линзой и источником света создаётся
при двойном прохождении света через линзу и отражении от
другого тоже вогнутого зеркала, у которого такой же малый
коэффициент отражения. Измерив расстояние до него
L
2
,
можно найти значение величины: 1
/
L
2
=
2
/
F
+
2
/
R
2
.
Вычислив из этих данных радиусы кривизны поверхно-
стей линзы
R
1
и
R
2
, можно воспользоваться формулой линзы
1
F
=
(
n
−
1)
1
R
1
+
1
R
2
.
Из этой формулы вычисляется значение коэффициента пре-
ломления
n
материала, из которого сделана линза.
Мультивибратор
Задание
: соберите устройство, которое бы генерировало
электрические колебания на основной частоте 200 Гц (или
в диапазоне 100—500 Гц).
Оборудование
: два одинаковых транзистора (с паспортом
на них), батарейка, соединительные провода, монтажная пла-
та, резисторы и конденсаторы из определённых диапазонов
(100 Ом—10 МОм, 0,01 мкФ—10 мкФ) выдаются по требова-
нию экспериментатора.

174
Часть 2
Участник соревнований подзывает дежурного и сообщает,
что может предъявить результат. Эксперимент проводится
в присутствии дежурного, результат фиксируется в рабочей
тетради, и дежурный его «визирует».
Чем меньше деталей заказал и получил участник и чем
быстрее он заставил схему генерировать на нужной частоте
(
±
10%), тем более высокий балл он получает.
Фазовращатель
Задание
: соберите схему, которая бы позволяла из сину-
соидального сигнала на частоте 10
3
Гц получить сигнал, тоже
меняющийся по гармоническому закону, но со сдвигом фазы
на определённый угол (в диапазоне от
+
70
◦
до
−
70
◦
).
Оборудование
: переменный резистор 100 кОм, соедини-
тельные провода, монтажная плата, резисторы и конденсато-
ры
из
определённых
диапазонов
(100
Ом—10
МОм,
0,01 мкФ—10 мкФ) выдаются по требованию эксперимента-
тора.
Участник соревнований подзывает дежурного и сообщает,
что может предъявить результат. Эксперимент проводится
в присутствии дежурного, результат фиксируется в рабочей
тетради, и дежурный его «визирует».
Чем меньше деталей заказал и получил участник и чем
быстрее он заставил схему работать так, как указано в усло-
вии задачи, тем более высокий балл он получает.

жүктеу/скачать 1,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: