55. Виртуальная лабораторная работа по физике "Виртуальные аналоговые жидкостные термометры" https://efizika.ru/html5/55/index.html

Цель работы: Ознакомление с устройством и принципом действия аналоговых приборов для измерения температуры (спиртового термометра). Приобретение навыков определения цены деления шкалы аналогового термометра в различных диапазонах измерения. Отработка методики правильного снятия показаний с аналоговых приборов с учётом цены деления, предела измерения и положения мениска спиртового столбика. Формирование умения оценивать погрешность измерения, связанную с дискретностью шкалы.

Приборы и принадлежности: виртуальный аналоговый медицинский спиртовой термометр (диапазон 35...42 °C), виртуальный аналоговый уличный/лабораторный спиртовой термометр (диапазон -50...+50 °C), виртуальный источник случайных значений температуры. Руководство к виртуальной установке (интерфейс программы с элементами управления).

Краткое описание: лабораторная работа выполняется в интерактивной виртуальной среде. Учащийся определяет цену деления и предел измерения для каждого типа термометра, снимает показания со шкалы, учитывая положение "красной жидкости" (указателя), и вводит полученное значение для проверки. Программа генерирует случайные показания в рамках диапазона прибора, позволяя многократно отрабатывать измерительный навык на примерах термометров с разной ценой деления (0.1 °C и 2 °C) и двусторонней шкалой.

55. New virtual laboratory assignments in physics «Virtual Analog Alcohol Thermometers» https://efizika.ru/html5/55/indexe.html

Objective: To familiarize with the design and operating principle of analog instruments for temperature measurement (alcohol thermometer). To acquire skills in determining the scale division value of an analog thermometer in different measurement ranges. To practice the method of correctly reading measurements from analog instruments, taking into account the division value, measurement limit, and the position of the alcohol meniscus (pointer). To develop the ability to assess measurement error associated with scale discreteness.

Instruments and equipment: virtual analog medical alcohol thermometer (range 35...42 °C), virtual analog outdoor/laboratory alcohol thermometer (range -50...+50 °C), virtual source of random temperature values. User manual for the virtual setup (program interface with control elements).

Brief description:  The laboratory work is performed in an interactive virtual environment. The student determines the division value and measurement limit for each type of thermometer, takes readings from the scale considering the position of the "red liquid" (pointer), and enters the obtained value for verification. The program generates random readings within the instrument's range, allowing repeated practice of the measuring skill using examples of thermometers with different division values (0.1 °C and 2 °C) and a double-sided scale.

Методика выполнения виртуальной лабораторной работы

"Виртуальные аналоговые жидкостные термометры"

1. Цель работы

• Освоение навыков определения цены деления аналоговых измерительных приборов.

• Формирование умения правильно снимать показания с жидкостных термометров различного типа.

• Закрепление знаний о диапазонах измерений и точности термометров разного назначения.

2. Теоретическое обоснование

Аналоговые жидкостные термометры работают на принципе теплового расширения жидкости (обычно ртути или подкрашенного спирта) при нагревании. Основными характеристиками являются:

• Диапазон измерений — минимальная и максимальная температура, которую может показать термометр.

• Цена деления — изменение температуры, соответствующее одному делению шкалы.

Формула для определения цены деления:
C = (T_max - T_min) / N
где:

• T_max и T_min — значения, соответствующие крайним отмеченным делениям,

• N — количество делений между ними.

3. Оборудование

Виртуальная лаборатория включает два термометра:

1. Медицинский термометр:

   • Диапазон: от +35 °C до +42 °C

   • Цена деления: 0,1 °C

   • Особенность: шкала с двусторонними делениями и цифровыми отметками

2. Уличный термометр:

   • Диапазон: от -50 °C до +50 °C

   • Цена деления: 2 °C

   • Особенность: шкала с двусторонними делениями и цифровыми отметками через 10 °C

4. Порядок выполнения работы

Часть 1. Знакомство с интерфейсом

1. Откройте виртуальную лабораторную работу в браузере.

2. Ознакомьтесь с интерфейсом:

   • В верхней части — название работы.

   • Слева — медицинский термометр.

   • Справа — уличный термометр.

   • Под каждым термометром — панель ввода и проверки.

   • В правом верхнем углу — кнопка возврата на главную страницу (круглая синяя кнопка).

Часть 2. Определение цены деления термометров

1. Медицинский термометр:

   • Рассмотрите шкалу: между отметками 35 и 36 °C находится 10 делений.

   • Рассчитайте цену деления: C = (36 - 35) / 10 = 0,1 °C.

2. Уличный термометр:

   • Между отметками -50 и -40 °C находится 5 делений.

   • Рассчитайте цену деления: C = (-40 - (-50)) / 5 = 10 / 5 = 2 °C.

Часть 3. Снятие показаний с термометров

1. Нажмите кнопку "Новые значения" под одним из термометров.

2. Стрелка термометра установится на случайное значение в рабочем диапазоне.

3. Определите показания термометра, учитывая:

   • Цену деления.

   • Положение стрелки относительно делений шкалы.

   • Необходимую точность (для медицинского — до 0,1 °C, для уличного — целое число, кратное 2).

Часть 4. Проверка правильности снятия показаний

1. Введите полученное значение в поле ввода под термометром.

   • Для медицинского термометра: число с одним знаком после запятой (например, 36,6).

   • Для уличного термометра: целое число, кратное 2 (например, -14).

2. Нажмите кнопку "Проверить".

3. Система сообщит:

   • "Верно!" — если показания определены правильно.

   • "Неверно" — если допущена ошибка, с указанием причины.

Часть 5. Анализ типичных ошибок

Если получен ответ "Неверно", проанализируйте возможные причины:

1. Неправильно определена цена деления.

2. Ошибочно подсчитано количество делений от нулевой отметки.

3. Введено значение, выходящее за диапазон термометра.

4. Для уличного термометра: введено значение, не кратное 2.

Часть 6. Повторение измерений

1. Для закрепления навыка выполните не менее 5 успешных измерений на каждом термометре.

2. Используйте кнопку "Новые значения" для генерации новых случайных показаний.

5. Контрольные вопросы

1. Почему цена деления медицинского термометра меньше, чем у уличного?

2. Как точность термометра связана с его ценой деления?

3. Почему шкала медицинского термометра ограничена диапазоном 35–42 °C?

4. Каковы преимущества и недостатки аналоговых термометров по сравнению с цифровыми?

5. Как изменится цена деления, если между отметками 0 и 100 °C будет 50 делений вместо 100?

6. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. Название работы и цель.

2. Расчет цены деления для каждого термометра.

3. Таблицу с результатами измерений:

    

   №	Тип термометра	Показания прибора	Введенное значение	Результат проверки
   1	Медицинский
   2	Уличный
   ...

4. Ответы на контрольные вопросы.

5. Выводы по работе.

7. Критерии оценки

• Отлично: правильное выполнение всех измерений, полные ответы на вопросы, грамотные выводы.

• Хорошо: не более 2 ошибок при измерениях, неполные ответы на 1–2 вопроса.

• Удовлетворительно: более 2 ошибок при измерениях, отсутствие ответов на некоторые вопросы.

• Неудовлетворительно: систематические ошибки при измерениях, отсутствие отчета.

8. Технические рекомендации

1. Для работы требуется современный браузер (Chrome, Firefox, Edge).

2. При проблемах с отображением обновите страницу (F5).

3. Для точного ввода значений используйте цифровую клавиатуру.

4. Работа сохраняет прогресс только в течение текущей сессии.

9. Дополнительные задания (для продвинутых учащихся)

1. Определите, сколько делений должен иметь термометр с диапазоном от -10 °C до +110 °C и ценой деления 0,5 °C.
   Формула: N = (T_max - T_min) / C

2. Предложите шкалу для термометра, измеряющего температуру в лабораторных условиях от -20 °C до +150 °C с точностью 1 °C.

3. Объясните, почему ртутные термометры постепенно заменяются на электронные с точки зрения точности и безопасности.

10. Рекомендуемая литература

1. Перышкин А.В. "Физика. 8 класс" — § 4 "Температура и термометры".

2. Генденштейн Л.Э. "Физика. 8 класс" — глава 1 "Тепловые явления".

3. Виртуальные лаборатории по физике: сборник практикумов / под ред. И.В. Рождественского. — М.: Просвещение, 2022.

Примечание для преподавателя: Данная виртуальная работа позволяет эффективно формировать измерительные навыки у учащихся без использования реальных приборов. Рекомендуется сочетать с демонстрацией реальных термометров разных типов для создания целостного представления об измерительных приборах.