Global EE

Измерения с… — Задание 10 Физика 8 Класс №00049159

Задание №10. Обработка Результатов Эксперимента

Измерения с Учётом Погрешности

№2. Задание 10

ID: 00049159

Коля собрался ехать в летний лагерь. С собой ему можно было брать бытовые электроприборы мощностью не более $300\text{ Вт}$ каждый. Коле хотелось взять с собой маленький электрочайник, и он решил измерить мощность этого прибора.

Рисунок к заданию 10 Физика 8 Класс — Измерения с Учётом Погрешности

Для постановки эксперимента Коля налил в чайник $200\text{ мл}$ воды из графина, который уже давно стоял на кухне, включил чайник и измерил зависимость температуры нагреваемой воды от времени. Полученные результаты Коля отобразил на графике, соединив экспериментальные точки плавной линией. Коля сообразил, что линия не является прямой из-за того, что при повышении температуры воды постепенно возрастают потери теплоты в окружающую среду, и поэтому выделяемая чайником энергия целиком идёт на нагревание воды только в самом начале процесса нагревания. Удельная теплоёмкость воды равна $4200\text{ Дж/(кг}\cdot{}^\circ\text{С)}$.

1) Чему была равна температура воды в чайнике через $80$ секунд после начала нагревания?

2) Оцените, на сколько градусов нагрелась вода через $3$ секунды после включения чайника.

3) Оцените, чему равна мощность чайника, и определите, можно ли Коле брать его с собой в лагерь.

Источник: ВПР 2023

Решение

График у Коли — это почти готовый прибор для измерения мощности. Сначала прочитаем его, а потом переведём наклон в ватты.

Вопрос 1. На отметке $80$ с кривая стоит посередине клетки между $60\ {}^\circ\text{С}$ и $65\ {}^\circ\text{С}$. Рядом есть точка опыта, но читать надо по линии, которую Коля провёл через все точки:

$$T\approx62{,}5\ {}^\circ\text{С}$$

Допуск на глаз $\pm1\ {}^\circ\text{С}$.

Вопрос 2. Условие говорит, что линия прямая только в самом начале. Там за равные секунды вода греется на равные градусы. От старта, примерно $23\ {}^\circ\text{С}$, до $30\ {}^\circ\text{С}$ кривая идёт $10$ секунд, то есть вода набрала $7$ градусов. На $3$ секунды приходится такая же доля:

$$\Delta T=7\cdot\dfrac{3}{10}=2{,}1\ {}^\circ\text{С}$$

Отрезок можно взять иначе, и наклон немного изменится, поэтому разумный ответ лежит от $1{,}8$ до $2{,}4\ {}^\circ\text{С}$.

Вопрос 3. Пока потерь почти нет, вся энергия чайника идёт в воду. $200$ мл воды — это $0{,}2$ кг, потому что миллилитр весит грамм. Берём те же $10$ секунд и $7$ градусов:

$$Q=cm\Delta T=4200\cdot0{,}2\cdot7=5880\text{ Дж}$$

Мощность — джоули за секунду:

$$P=\dfrac{5880}{10}=588\text{ Вт}\approx590\text{ Вт}$$

С разбросом наклона это $500\div670$ Вт, и всё это больше $300$ Вт. Поэтому брать такой чайник в лагерь нельзя.

Проверим себя через время из второго вопроса: $4200\cdot0{,}2\cdot2{,}1=1764$ Дж за $3$ с, то есть те же $588$ Вт.

Ответ

1) 62,5 °С; 2) 2,1 °С; 3) примерно 590 Вт, брать нельзя
Другие задания по теме «Измерения с Учётом Погрешности» (8)