Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
Л.А.ГОРЕВ
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕОПЫТЫПОФИЗИКЕ
Л. А. ГОРЕВ
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕОПЫТЫПОФИЗИКЕ
В 6—7 КЛАССАХ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Книга для учителя
Издание второе, переработанное
МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1985
ББК 74.265.1
Г68
Рецензенты:
Тарасов Л. В.— профессор Московского институтаэлектронного машиностроения;
Фадеева А. А.— младший научный сотрудникНаучно-исследовательского институтасодержания и методов обучения АПН СССР
Горев Л. А.
Г68 Занимательные опыты по физике в 6—7 классах средней школы. Кн. для учителя.—2-е изд., перераб.— М.: Просвещение, 1985.—175 с., ил.
Материал данного пособия учителя физики могут использовать как на уроках, так и внеклассных занятиях Занимательные опыты помогут учащимся убедиться в справедливости ряда теоретических положений, дать правильное материалистическое толкование окружающим явлениям, развивать и совершенствовать навыки работы с инструментами и приборами
Г 4306010000-Н^ 77_85ББК 74.265.1
103(03) —8553
© Издательство «Просвещение», 1977 г.
© Издательство «Просвещение*, 1985 г., с изменениями.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга содержит занимательные опыты по всем разделам курса физики VI—VII классов, их расположение в пособии соответствует программе и учебнику, рассчитаны они на школьное оборудование. Все это дает возможность использовать материал книги на уроках для привлечения внимания учащихся к изучаемому явлению, при повторении и закреплении учебного материала. Опыты повышают интерес к физике и способствуют ее лучшему усвоению.
Многие опыты можно проводить на простых самодельных приборах, которые легко сделать в домашних условиях. Ребята, увлекающиеся физикой, могут выполнять эти опыты самостоятельно вне школы.
Материал опытов, отмеченных в пособии звездочкой, не входит в школьную программу. Такие опыты можно демонстрировать на физических вечерах.
В отдельные параграфы выделены опыты со звуковым — и УВЧ генератором, с жидким кислородом и по автоматике. Это сделано для удобства их использования при подготовке тематических вечеров.
Целый ряд опытов (например, 241, 242 и др.) учитель сможет показать на физическом вечере по атеистической направленности.
Во введении кратко описаны подготовка и проведение вечеров с использованием занимательных опытов и физических викторин, которые также включены в данную книгу. Здесь же рассказано об изготовлении викторин разного типа и подборе материала к ним. Сами викторины размещены на цветных вклейках, чтобы наглядно показать оформление таких мероприятий.
К большинству опытов и викторинам в конце книги даны пояснения и некоторые рекомендации, обеспечивающие успешное выполнение эксперимента.
Автор занимался подбором занимательных викторин и опытов более трех десятков лет. При этом он использовал различные литературные источники как дореволюционных, так и советских изданий. В эту книгу вошли опыты, разработанные автором или заимствованные им из опыта работы учителей школ г. Кирова и Кировской области В. Н. Патрушева (школа № 16 г. Кирова), Л. Д. Владимирова (нолинская средняя школа № 2) и др.
В процессе работы над книгой автору оказали помощь преподаватели Кировского пединститута им. В. И. Ленина.
Всем им автор выражает свою признательность.
ВВЕДЕНИЕ
Подготовка и проведение вечеров занимательной физики. Задача автора — помочь учителю в подборе и подготовке опытов для вечеров занимательной физики, тематических и физических вечеров и других внеклассных мероприятий.
Сделать вечер более интересным и оживленным помогает демонстрация занимательных опытов, связанных с темой вечера.
Одно из основных мероприятий, где особенно необходимы занимательные опыты,— вечера занимательной физики. Такой вечер требует длительной, кропотливой подготовки. Здесь мы укажем лишь отдельные основные моменты в организации вечеров.
В подготовке вечера могут участвовать до 10—15 человек. Это могут быть члены физического кружка или просто желающие. Собрав участников, учитель сообщает им, по какому разделу физики будет проведен вечер, и каждому дает определенное задание. Одни готовят рисунки, схемы, другие — занимательные опыты, третьи — самодельные приборы, которые потребуются для вечера, четвертые подбирают вопросы и интересные опыты из различной литературы и т. д. Сам учитель должен постоянно накапливать материал для проведения вечеров.
В помощь учителю из числа участников выбирают ответственного за подготовку вечера. Он же может быть ведущим, от которого в большей степени зависит успех. Чтобы вечер проходил живо, интересно, желательно, чтобы ведущим был энергичный, инициативный, хорошо знающий физику, обладающий артистическими данными ученик.
Когда необходимые рисунки, схемы выполнены, физический эксперимент подготовлен, намечают порядок показа опытов. Вечер нужно начать с показа такого интересного опыта, чтобы сразу привлечь внимание учеников. Если в плане вечера есть вопросы, то их следует чередовать с опытами. Заканчивать вечер надо наиболее интересным экспериментом.
Учитель должен проинструктировать ведущего. Ведущий может сам выполнять опыты, которые готовил, предлагать вопросы, пояснять опыты, выполняемые его ассистентами. Учитель же должен помочь ведущему в оценке ответов учащихся и начислении очков.
После демонстрации опыта желающие объясняют его и отвечают
на заданные вопросы. Начинать опрос нужно с учащихся VI класса. Для ответа следует привлекать как можно больше ребят. Поэтому ученики, правильно ответившие на 1 —2 вопроса, в дальнейшем участвуют только в исправлении неточностей, ошибок.
Для каждого вечера подбирают в среднем 16—20 вопросов и опытов. Иногда целесообразно начать вечер с небольшого (5—8 мин) сообщения ученика по тому или иному вопросу с показом соответствующих демонстраций (опытов, рисунков, диапозитивов, учебных фильмов и т. д.).
Чтобы учащиеся не переутомлялись, длительность вечера должна быть 1 —1,5 ч.
О проведении вечера заранее сообщают красочным объявлением. В кабинете физики организуют выставку самодельных приборов, изготовленных учащимися. На стендах вывешивают физические викторины, выпускают газету «Юный физик». В содержании газеты, в сообщениях учащихся, а также во всем оформлении необходимо отразить тематику вечера.
Музыка в зале создает праздничную обстановку, повышает настроение.
Опыты следует тщательно готовить, так как самый занимательный опыт, не удавшийся сразу, перестает интересовать ребят и внимание их ослабевает.
Опыт не вызывает интереса и в том случае, когда неудачно сформулирован вопрос, когда плохо пояснена демонстрация.
Поэтому в книге даны некоторые методические указания по постановке самих опытов и вопросов к ним.
Изготовление и использование викторин. Викторины могут быть разные. В книге приводятся три типа: викторина, состоящая из одних вопросов; электрифицированная викторина; викторина, состоящая из рисунков. Все они использовались в школах на различных вечерах.
Викторина № 1 впервые проводилась во Дворце пионеров г. Кирова на вечере физики, а затем неоднократно — в школах. Надо было наблюдать за учениками, которые с большим интересом и удовольствием ее рассматривали, обсуждали и спорили. Этот опыт показывает, что викторины могут быть выполнены и без рисунков. А вопросов для них имеется большое количество в различной учебно-методической литературе. При кабинете физики следует иметь набор подобных викторин по различным темам. Их изготовление не представляет никаких трудностей. Все они могут быть выполнены силами учащихся.
Для изготовления электрифицированной викторины подбирают лист фанеры размером 800X500 мм. По краям с той и другой стороны устанавливают телефонные гнезда. Слева около гнезд располагают вопросы, а справа — ответы. На обороте листа укрепляют батарейку карманного фонаря. От нее через лампу, установленную вверху, идут два провода, выведенные наружу. Телефонные гнезда с обратной стороны соединяют между собой попарно (вопрос — ответ). Вопросы и ответы пишут на полосках бумаги, которые крепят кнопками или вставляют под пластинки плексигласа. Викторину вывешивают в
кабинете или коридоре. Ученики работают с ней следующим образом. Штекер одного провода они вставляют в гнездо вопроса, на который желают получить ответ. Затем подбирают подходящий ответ и вставляют второй провод в гнездо, расположенное около найденного ответа. Если лампа, находящаяся вверху, загорится, ответ верен, и т. д.
Подобные викторины — интересная игра, и, играя, ученики приобретают знания. При кабинете физики желательно иметь две электрофицированные викторины: одну — для VI, а вторую — для VII класса. Вопросы и ответы можно делать сменными и подбирать их по отдельным большим темам, ряду тем или разделам.
Викторины с рисунками можно изготовить следующим образом: на доске закрепить лист бумаги, рисунок викторины спроецировать с помощью эпидиаскопа на лист. Вначале рисунки обвести карандашом, а потом тушью и красками. Подобное изготовление викторин не представляет никаких трудностей.
С викторинами следует заранее ознакомить учащихся, чтобы они до начала вечера могли рассмотреть викторины, побеседовать, поспорить между собой, разбирая те или иные вопросы, рисунки.
Отдельные викторины можно включать в программу вечера. Если вечер проводится в виде КВН, то вопросы викторины можно задавать командам по очереди.
Викторины, составленные по отдельным темам или разделам, полезно вывешивать в кабинете физики или в коридоре. Вопросы викторин в дальнейшем можно использовать на уроке, а также при повторении учебного материала по определенной теме или разделу.
опыты
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
Бутылку вместимостью 0,25 или 0,5 л возьмите за горлышко, облейте ее холодной водой и опустите горлышком в стакан с водой. Обхватите бутылку ладонями. Через некоторое время из нее будут выходить пузырьки воздуха. Почему?
В колбу вместимостью 600 см^ налейте немного подкрашенной воды и вставьте резиновую пробку, через которую пропущена стеклянная трубка диаметром 6 мм. Нужно добиться, чтобы уровень жидкости в трубке поднялся над пробкой (рис. 1).
Обхватите руками колбу. Через некоторое время наблюдается подъем воды в трубке. Почему?
В маленькую дощечку вбейте два гвоздя на расстоянии, равном диаметру пятикопеечной монеты. При этом она должна свободно проходить между гвоздями. Нагрейте монету и попытайтесь вновь продвинуть ее между гвоздями. Почему после нагревания она не проходит?
В колбу, заполненную подкрашенной водой, вставьте резиновую пробку со стеклянной трубкой так, чтобы жидкость поднялась по трубке над колбой (рис. 2). Отметьте уровень воды в трубке бумажным пли резиновым колечком. Нижний край колечка должен быть на уровне воды в трубке.
Зажгите спиртовку и нагрейте колбу. Почему в начале нагревания уровень воды в трубке понижается?
Нагрейте тонкостенный стакан, обливая его горячей водой. Поставьте стакан вверх дном в блюдце с водой. Через некоторое время, когда стакан остынет, вода в нем поднимется. Почему?
Пол-литровую банку прогрейте горячей водой и поставьте ее на лист бумаги вверх дном. Под бумагой должна лежать сложенная газета, тогда банка будет плотнее прилегать к листу. Когда банка остынет, ос-
торожно поднимайте ее. За банкой поднимается лист бумаги. Почему?
Положите на дно тарелки или блюдца монету и налейте немного воды. Как достать монету, не замочив пальцы?
Возьмите небольшую воронку с внутренним диаметром трубки 2—3 мм и концом, не имеющим скоса. Вставьте ее с резиновой пробкой в горлышко колбы или бутылки вместимостью 500 см3 и для лучшей герметичности залепите пластилином.
Спросите учащихся, много ли воды войдет в колбу (бутылку). Получив ответ, заполните воронку водой. В колбу (бутылку) поступает не более 30 см3, далее вода не течет. Почему?
Рис. 2
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ
Укрепите на штативе демонстрационный динамометр со столиком (насадкой). Возьмите второй такой же динамометр и установите его на первый. Почему показания динамометров одинаковы (рис. 3)?
Возьмите стеклянную платформу. Поставьте на нее тележку, а на тележку — электрический вентилятор. Почему при работе вентилятора тележка двигается вместе с ним?
«Реактивный» автомобиль продается в магазинах детских игрушек. Модель сделана из пластмассы. К соплу прикреплен детский воздушный шар.
Надуйте шар и отпустите машину. Воздух из шара выходит в одном направлении, почему машина катится в другом? (Модель двигается не хуже, чем выпускаемый для школ прибор «Реактивная тележка».)
Реакцию вытекающей струи воздуха можно наблюдать с детским воздушным шаром. Надуйте его, поверните отверстием вниз и отпустите. Воздух будет выходить вниз, а шар полетит вверх. Объясните наблюдаемое явление.
Опыт с эфирной вертушкой. Налейте в пробирку 8—10 см3 эфира (для утяжеления в нижнюю часть насыпьте немного дроби). Пробирку закройте пробкой, через которую пропущены две загнутые стеклянные трубки, и опустите в стакан с теплой водой (температура воды должна быть около 50°С). В воде эфирная вертушка плавает, как поплавок (рис. 4). Эфир нагревается и закипает. Пары эфира, выходящие из трубок, подожгите. Пробирка с пламенем вращается. Как объяснить наблюдаемое явление?
Рис. 3Рис. 3Рис. 4Рис. 4
Рис. 3
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 4
Вариант эфирной вертушки. В середине яйца сделайте отверстие диаметром 5 мм, через которое удалите его содержимое. С противоположных сторон у концов яйца сделайте иглой по отверстию диаметром 1 мм. С помощью пипетки через большое отверстие влейте 2—3 см3 эфира. После этого большое отверстие заклейте кусочком изоляционной ленты. Налейте в какой-либо сосуд теплой воды и опустите яйцо. Оно будет плавать и нагреваться. Эфир начнет испаряться. Поднесите к малым отверстиям горящую спичку. Пары эфира вспыхнут, и яйцо будет крутиться.
Принцип полета реактивного самолета. Из жести вырезают фигуру, напоминающую проекцию самолета на горизонтальную плоскость. Снизу к ней привязывают (достаточно плотно) ракету. Затем «самолет» с ракетой подвешивают на двух проволочных петельках (рис. 5, 7) к натянутой в классе проволоке или на тонком шнуре длиной 3 м к потолку (удобнее подвешивать к потолку, тогда самолет будет летать по окружности). Для воспламенения пороховой смеси ракеты в ее отверстие (рис. 5, 77) * вставляют два проводника. С концов они оголены и соединены тонким проводником (рис. 5, /77), который при замыкании цепи перегорает. Вторые концы проводников оканчиваются вилкой. На одно мгновение вставляют вилку в розетку. Тонкий проводник в ракете сгорает и вызывает вспышку пороховой смеси. При горении смеси образуется большое количество газов, которые вылетают в одном направлении, а ракета и «самолет» движутся в противоположном направлении.
Примечание. Кратко опишем изготовление ракеты. Для этого используют самодельный прибор. Он состоит из деревянных частей а и б (рис. 6). Часть а представляет собой конус с опорным основанием, а б — цилиндрический стержень с глухим отверстием.
б вб вРис. 6Рис. 6Рис. 7Рис. 7На особый цилиндрический стержень диаметром 13,5 мм навертывают 15 слоев газетной бумаги, предварительно смазанной клеем. Получается гильза длиной 10,5 мм. Не дожидаясь высыхания клея, гильзу надевают на конус. Сверху в гильзу вставляют часть б. Около конца гильзу обжимают и перевязывают (см. рис. 6, в).
б в
б в
Рис. 6
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 7
Далее вынимают часть б и всыпают небольшую порцию пылеобразной смеси дымного пороха с углем (в соотношении 1:1). Утрамбовывают ее при помощи стержня б и так постепенно наполняют гильзу горючей смесью. Закончив наполнение, конец перевязывают шнуром или проволокой. Ракета готова. Расположение пороховой смеси внутри-ракеты показано на рисунке 6, в.
16*. Гирю массой 1 кг подвесьте на нити № 20. Снизу к гире привяжите вторую такую же нить. Рывком дерните за нижнюю нить. При этом она оборвется. Если тянуть ее медленно, то оборвется верхняя нить и гиря упадет. Как объяснить наблюдаемое явление?
К демонстрационному динамометру подвесьте гирю массой 0,5 кг. Поднимите динамометр рывком вверх. Почему динамометр отмечает увеличение силы, действующей со стороны гири? Опыт повторите несколько раз.
Опустите динамометр рывком вниз. Почему динамометр отмечает уменьшение силы, действующей со стороны гири? Опыт повторите несколько раз.
18*. На граненый стакан положите фанерную доску с достаточно тяжелым грузом (гирей массой 10 кг). Предложите ученику разбить стакан сильными ударами слесарного молотка по гире (рис. 7). Почему стакан не бьется? Где наблюдается аналогичное явление в практике?
ИНЕРЦИЯ
Вырежьте из тонкого картона полоску шириной 2—3 см и склейте из нее кольцо диаметром 10—15 см. Положите его на горлышко пустой бутылки. На кольцо положите монету, а внутрь введите линейку и резким горизонтальным движением выбейте кольцо из-под монеты. Монета упадет в бутылку (рис. 8). Как объяснить наблюдаемое явление?
Положите на стакан кусок картона размером 7ХЮ см с монетой наверху. Резко ударьте по ребру картона. При этом он вылетит, а монета упадет на дно стакана. Почему?
Возьмите пол-литровую банку, заполните ее на 2/3 водой. Сверху на банку положите кусок картона, на него положите колечко
Рис. 8Рис. 8Рис. 9Рис. 9
Рис. 8
Рис. 8
Рис. 9
Рис. 9
(можно использовать колечко от свечи зажигания), на которое установите яйцо. Если резко ударить по ребру картона, то яйцо упадет в банку и останется целым. Как объяснить наблюдаемое явление?
Положите листок бумаги на край стола. На листок поставьте брусок или стакан с водой. Свешивающийся конец листка возьмите в одну руку, а ребром ладони другой руки резко ударьте по нему (рис. 9). При этом листок выдергивается, а стакан остается. Почему?
Положите листок бумаги на край стола. На листок поставьте пустую бутылку горлышком вниз. Резким движением выдерните листок (рис. 10). При этом бутылка остается на месте. Почему?
Возьмите гладкую доску толщиной 1 —1,5 см и нарежьте 5— 6 брусков размером 80X90 мм. Сложите бруски стопкой, а сверху поставьте стакан с водой. Метровой линейкой, которую перемещайте по поверхности стола, резко ударьте по нижнему бруску. Последний вылетает, а остальные со стаканом остаются на месте. Выбивайте следующие бруски, пока не останется последний со стаканом. Объясните наблюдаемое явление.
На ровную поверхность стола положите полотенце (лучше из гладкой льняной ткани). На него поставьте стул. Медленно потяните полотенце, при этом стул переместится. Затем резким рывком сверху вниз выдерните полотенце. Стул остается на месте. Почему?
Склейте из полосок газетной бумаги шириной 2,5 см два кольца. Подвесьте их на острия двух ножей. На кольца положите деревянный брусок длиной 100 см, шириной 15—20 см и толщиной 0,5 см. Резко ударьте металлическим стержнем посередине бруска. Он переломится, а бумажные кольца останутся целыми (рис. 11). Почему?
На стол, покрытый скатертью, положите две монеты. На них поставьте стакан. Третью монету, меньшую по толщине, положите под стакан посередине (рис. 12). Попробуйте достать ее, не пользуясь никакими предметами и не касаясь руками ни монет, ни стакана.
28*. К крючку центробежной машины подвесьте за край металлический диск (сирену дисковую) на медной проволоке диаметром 0,9—1,0 мм. При вращении диск располагается в горизонтальной плоскости (рис. 13, пунктиром показано расположение диска до вращения). Объясните почему. Вместо диска можно подвесить цепочку,
Рис. 11 Рис. 12 Рис. 13Рис. 11 Рис. 12 Рис. 13
Рис. 11 Рис. 12 Рис. 13
Рис. 11 Рис. 12 Рис. 13
концы которой связаны между собой. При вращении цепочка располагается по окружности в горизонтальной плоскости. Наконец, можно подвесить металлический стержень длиной 25 см. При вращении он располагается в горизонтальной плоскости.
Во всех указанных опытах наблюдается устойчивое вращение вокруг главных осей с наибольшим моментом инерции.
Возьмите центробежную машину и укрепите на ней диск (сирену дисковую). На край диска поставьте свечу, которую накройте коническим сосудом от прибора для демонстрации гидростатического парадокса. Сосуд закрепите на диске проволокой. Почему при вращении диска пламя свечи отклоняется от оси вращения?
СИЛА ТЯЖЕСТИ. ДАВЛЕНИЕ
Возьмите диск из металла (фанеры или пластмассы) диаметром 10 см. По его размерам вырежьте кружок из бумаги. В одну руку возьмите бумажный диск, в другую — металлический (фанерный, пластмассовый) и предоставьте им возможность свободно падать с одной и той же высоты.
Почему металлический диск падает быстрее бумажного?
Положите бумажный диск на металлический и дайте им возможность свободно падать. Почему в этом случае они падают одновременно?
Возьмите два одинаковых по размерам и массе листа бумаги. Один лист скомкайте. Одновременно отпустите оба листа с одной и той же высоты. Почему скомканный лист бумаги падает быстрее, чем нескомканный?
32*. К дужке металлической банки с водой привяжите достаточно прочный шнур и вращайте банку в вертикальной плоскости. Проходя через верхнюю точку, банка располагается вверх дном, но вода не выливается. Объясните почему.
Опыт по невесомости, который можно провести в домашних условиях. Возьмите школьный трубчатый динамометр и установите на шкале выше указателя хомутик из жести, который должен легко перемещаться. К верхнему крючку привяжите шнур длиной 1 —1,25 м,
Рис. 14Рис. 14а к нижнему подвесьте груз массой 0,5 кг. После этого сместите хомутик к указателю. Одной рукой, поднятой вверх, держите шнур, другой — динамометр. Отпустите динамометр так, чтобы он свободно падал вместе с грузом. В конце падения перед полом задержите шнуром динамометр с грузом. Посмотрите, где располагается хомутик. Почему он находится на нулевом делении?
Рис. 14
Рис. 14
Стеклянную колбу наполните на одну треть или наполовину водой и опустите в нее корковую пробку с отверстием посередине. В горлышко колбы вставьте вторую пробку, через которую пропущена проволока.
Последняя своим концом входит в отверстие пробки, плавающей на воде. Как снять пробку с проволоки, не выливая воду из колбы?
Определение центра тяжести. Как достаточно быстро можно определить центр тяжести однородной палки, утяжеленной с одного конца?
Пробивание латунной пластинки (монеты) иглой. Возьмите небольшую иглу и вставьте ее в корковую пробку так, чтобы острый конец иглы был на уровне нижнего края пробки. (Если второй конец будет выступать над пробкой, то его следует обломить плоскогубцами.) Поставьте пробку на латунную пластинку толщиной 2 мм (пятикопеечную монету), а последнюю положите на деревянный брусок, расположенный на устойчивой опоре (рис. 14). Ударьте резко молотком по пробке. При этом пластинка (монета) пробивается иглой. Объясните это явление.
РАВНОВЕСИЕ ТЕЛ
В верхний конец пробки воткните две вилки и поставьте ее на край горлышка бутылки с водой. При этом получается устойчивое равновесие. Если взять бутылку и поворачивать ее так, чтобы из нее выливалась вода (рис. 15), то пробка с вилками сохраняет равновесие. Почему?
Предыдущий опыт можно видоизменить. В пробку воткните достаточно длинную иглу. На горлышко бутылки положите пятикопеечную монету, а на нее обоприте острием иглы пробку с вилками. На пробке можно закрепить резиновую фигуру птицы (рис. 16). Вся система находится в устойчивом равновесии. В этом легко убедиться, если сообщить пробке с вилками вращательное или колебательное движение. При этом система двигается, но не падает, а фигура, поворачиваясь, раскланивается.
Установите острие карандаша вместе с ножом на кончике пера (рис. 17) так, чтобы вся система была в равновесии. Сообщите небольшое колебательное движение карандашу с ножом. При этом равновесие сохранится. Почему?
Рис. 15Рис. 15Рис. 16Рис. 16Рис. 17Рис. 17
Рис. 15
Рис. 15
Рис. 16
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 17
«Балерина, танцующая на проволоке». Выпилите из фанеры фигурку балерины. К ее ноге прикрепите две проволоки длиной по 25 см с грузами на концах (рис. 18). Установите фигурку на проволоке и сообщите ей колебательное движение. Она сохраняет равновесие. Почему?
Огурец на карандаше. Возьмите огурец и воткните в него две вилки. Установите огурец на острие карандаша. При этом огурец с вилками может покачиваться, поворачиваться, но находится в равновесии. Почему?
На край стола положите деревянную планку с зарубкой или гвоздем и повесьте на нее ведро с водой. Возьмите деревянную палочку и установите ее нижним концом в левую сторону днища ведра, а верхним—в гвоздь планки (рис. 19). Почему ведро сохраняет равновесие?
Возьмите две вилки. Скрепите их острыми концами примерно под углом 120—130°. С внутренней стороны угла (приблизительно по
Рис. 18 Рис. 19Рис. 18 Рис. 19Рис. 20Рис. 20
Рис. 18 Рис. 19
Рис. 18 Рис. 19
Рис. 20
Рис. 20
биссектрисе) закрепите спичку. Затем осторожно головкой или концом положите спичку на край горлышка бутылки (рис. 20). При этом система находится в равновесии. Объясните наблюдаемое явление.
Встаньте правым боком вплотную к стене, поднимите одновременно левую руку и ногу и попытайтесь удержаться в таком состоянии. Почему человек теряет равновесие?
45*. Уравновесьте на учебных весах песочные часы. Нарушится ли равновесие весов, если песочные часы перевернуть и песок будет «перетекать»? Многие думают, что равновесие нарушится. Придерживая чашу весов, переверните песочные часы. Песок «течет», но равновесие не нарушается. Как объяснить наблюдаемое явление?
СИЛА ТРЕНИЯ
«Силовой номер». Интересный опыт можно проделать с бутылью, горлышко которой ровное (без венчика). Для утяжеления бутыль можно наполнить водой. Приготовьте мыльный раствор и смочите пальцы одной руки. Попытайтесь кончиками пальцев взять за горлышко бутыль и перенести ее. У вас ничего не получится. Бутыль выскальзывает. Почему?
Возьмите шелковую нить. Привяжите ее конец узлами к какому-либо грузу и дергайте за второй конец нити. Почему узлы будут развязываться?
Возьмите линейку и положите ее горизонтально на указательные пальцы рук. Не торопясь, перемещайте пальцы к центру линейки. Почему линейка двигается то по одному пальцу, то по другому?
СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ
Основания свинцовых цилиндров зачистите ножом с прямым лезвием. Для успеха опыта поверхности оснований свинцовых цилиндров должны быть строго плоскими. Цилиндры приведите в соприкосновение, чуть поверните и сжимайте. Наблюдается их сцепление. Подвесьте цилиндры к штативу, постепенно и осторожно нагружайте их. Доведите груз до нескольких килограммов (рис. 21). Чем объясняется сцепление цилиндров? Для чего зачищенные поверхности должны быть строго плоскими? Где используется это явление на практике?
Нарежьте десяток стеклянных пластинок размером 100X70 мм (размер может быть и другой). Одна из них должна быть большего размера. Протрите их влажной тряпкой и складывайте стопкой, плотно прижимая друг к другу. Сверху должна быть пластинка большего размера. Осторожно поднимайте верхнюю пластинку. При этом поднимается вся стопка. Почему?
Подъем тарелки с мылом. Возьмите тарелку, налейте в нее воды и сразу слейте. Поверхность тарелки будет влажной. Затем кусок мыла, сильно прижимая к тарелке, поверните несколько раз и поднимите вверх. При этом с мылом поднимается и тарелка (рис. 22). Почему?
Рис. 21Рис. 21Рис. 22Рис. 2252*. Поставьте на левую чашу весов сосуд с водой, на правую — штатив, в лапке которого закрепите динамометр Бакушин- ского с подвешенной стеклянной пластинкой (рис. 23). Добейтесь того, чтобы весы находились в равновесии. Между стеклянной пластинкой и поверхностью воды должен быть небольшой зазор. Нарушится ли равновесие, если пружину динамометра растянуть так, чтобы пластинка коснулась поверхности воды? Какая чаша весов перетянет и почему? Получив ответ, проведите опыт.
Рис. 21
Рис. 21
Рис. 22
Рис. 22
Алюминиевую проволоку диаметром 1,5—2 мм, длиной 120—150 мм с помощью тонкой проволоки положите на поверхность воды (рис. 24). Алюминиевая проволока будет плавать на поверхности воды, хотя ее плотность больше плотности воды. Объясните почему.
Из листового алюминия толщиной 0,5 мм вырежьте пластинку размером 150x80 мм. Поверхность ее слегка смажьте вазелином или маслом. Осторожно опустите пластинку на поверхность воды. Почему она плавает на воде, хотя алюминий имеет большую плотность по сравнению с водой (почти в 2,5 раза)?
На пластинку можно поставить гирьку массой 20 г, и она плавает.
Примечание. Пластинка может быть большего размера, тогда она удержит гирю большей массы.
55*. В пробирку с резиновой пробкой вставьте конец проволочной спирали и насыпьте немного дроби так, чтобы пробирка плавала (рис. 25). (Разница между выталкивающей силой и весом пробирки должна быть небольшой.) Нажимая на спираль, утопите ее. Почему поплавок со спиралью остается под водой?
Если на поверхность воды капнуть эфира или мыльного раствора, пробирка всплывает. Почему?
Возьмите пробирку и заполните ее водой. Прикройте пробирку листком бумаги и
переверните. Держа ее строго вертикально, выдерните листок бумаги в горизонтальном направлении. Обратите внимание учащихся на то, что вода из пробирки не выливается. Как объяснить наблюдаемое явление?
Опыт протекает надежно, если используется пробирка диаметром 12 мм. С пробиркой диаметром 16 мм он не всегда получается. В домашних условиях опыт можно поставить, взяв пробирку из-под кальцекса и налив столбик воды 2— 3 см.
Приготовьте мыльный раствор, из которого получается устойчивая мыльная пленка на проволочном кольце диаметром 7 см. Расположив пленку горизонтально, лейте на нее тонкую струю холодной воды из водопровода или чайника. Пленка остается целой.
Или возьмите небольшой шарик диаметром 8—10 мм, смочите его в мыльном растворе и опустите на пленку. Он проходит через нее, оставляя за собой пленку целой. Как объяснить наблюдаемое явление?
Примечание. Для получения мыльного раствора можно использовать шампунь с добавкой глицерина. В качестве шарика использовать драже.
Опыты показывают устойчивость мыльной пленки, образующейся под действием сил сцепления между молекулами мыльного раствора.
Возьмите невысокую банку из- под консервов, проколите изнутри в дне отверстия диаметром 1—2 мм. Расплавьте парафин и обмокните дно банки. Если отверстия будут затянуты парафином, то осторожно проколите их вновь. Налейте в банку слой воды 7—10 мм. Почему вода не выливается из банки?
Рис. 24Рис. 24Рис. 25Рис. 25Кристаллик камфарыКристаллик камфарыРис. 26Рис. 26В глубокую тарелку налейте воды, бросьте на поверхность 8—10 спичек. Возьмите кусок мыла, уголок которого размочите в воде другого сосуда. Затем размоченным уголком мыла, коснитесь воды в центре тарелки. Спички моментально расходятся к краям. Почему?
Рис. 24
Рис. 24
Рис. 25
Рис. 25
Кристаллик камфары
Кристаллик камфары
Рис. 26
Рис. 26
На боковой стенке металлической литровой банки около дна сделайте шилом несколько отверстий диаметром 2,5 мм. Расстояния между центрами отверстий 5— 6—7 мм. Заполните банку водой. Через отверстия отдельными струйками будет вытекать вода. Двумя пальцами сжимайте струйки в горизонтальной плоскости. Струйки сливаются. Рукой резко проведите по боковой стенке банки сверху вниз. Струйки разделяются. Повторите опыт несколько раз. Почему струйки сливаются?
61*. Из картона вырежьте пластинку, форма которой показана на рисунке 26, и опустите ее на поверхность воды, налитой в стеклянную ванну достаточно больших размеров, например диаметром 35 см и высотой 10 см. В центр выреза картона положите на воду кристаллик камфары. Пластинка
Рис. 27на длительное время приходит в движение.
Почему?
62*. Из фильтровальной бумаги вырежьте полоску шириной 2,5 см, длиной 16—17 см и склейте из нее кольцо диаметром 4,5—5 см. Наденьте кольцо на стержень лапки, расположенной горизонтально. В кольцо внесите гирю массой 0,5 кг. Возьмите кисточку, смочите ее в керосине и проведите по образующей кольца. Кольцо остается целым. Затем кисточку смочите в воде и проведите с другой стороны. Кольцо разрывается, и гиря падает. Почему?
Подберите две пробирки так, чтобы одна входила в другую с небольшим зазором. Заполните большую пробирку наполовину водой и вставьте в нее вторую. Затем опрокиньте их, держа внешнюю пробирку рукой. Из большой пробирки вода постепенно вытекает, а внутренняя пробирка втягивается вверх (рис. 27). Объясните, почему внутренняя пробирка не падает, а поднимается вверх.
Поставьте стакан, наполненный водой, на подставку, а второй, пустой,— на стол. Можно ли с помощью полоски сукна или другой материи перелить воду из верхнего стакана в нижний? Где подобное явление используется в практике?
ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
«Живая перчатка». Медицинскую резиновую перчатку с небольшим количеством воздуха плотно перевяжите ниткой. Положите перчатку на тарелку под колокол воздушного насоса и откачивайте воздух. Перчатка начинает раздуваться и шевелиться, как будто «живая». Как это объяснить?
Примечание. При отсутствии медицинской перчатки опыт можно провести с полиэтиленовым мешочком, который с небольшим количеством воздуха плотно перевяжите и поместите под колокол воздушного насоса.
Склянку с плотно вставленной в горлышко резиновой пробкой поставьте под колокол воздушного насоса. Почему при откачивании воздуха из-под колокола пробка вылетает из склянки?
Возьмите небольшую колбу или пузырек, затяните горлышко резиновой пленкой от медицинских перчаток и поставьте под колокол тарелки к воздушному насосу. Откачивайте воздух из-под колокола. Почему наблюдается раздувание резиновой пленки?
Продолжайте откачивать воздух еще 3—4 мин. Затем впустите воздух под колокол. Почему резиновая пленка прогибается внутрь колбы?
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
ПЕРЕДАЧА ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТЯМИ
Передача давления камерой от футбольного мяча, наполненной водой. Возьмите камеру и наполните ее водой. Резиновую трубку камеры наденьте на конец стеклянной трубки длиной 220 см. Если такой длинной трубки нет, то можно взять две и соединить их резиновой (рис. 28). На камеру положите доску, на которую становится ученик. Он должен встать так, чтобы постепенно переводить свой вес на доску. При этом уровень столба воды в трубке поднимается на высоту 1,5—2 м (в зависимости от веса человека). Объясните, почему человек весом 400—600 Н уравновешивается столбом воды весом 1,5—2 Н (при внутреннем диаметре трубки 1 см).
Примечание. Опыт можно проводить с камерой от велосипедного или автомобильного колеса.
И ГАЗАМИИ ГАЗАМИРис. 28Рис. 28Рис. 29Рис. 29Изготовьте прибор — Геронов фонтан. Возьмите колбу (бутылку) вместимостью 500—700 см3 и наполните ее на 1/3—1/4 водой. В горлышко колбы (бутылки) плотно вставьте резиновую пробку со стеклянной трубкой / (рис. 29). Последнюю соедините небольшой резиновой трубкой со стеклянным наконечником 2, имеющим вверху отверстие диаметром 0,7—1 мм. Накачайте насосом Шинца воздух в колбу (2—3 качания). Освободите резиновую трубку от зажима. Из колбы через трубку 2 забьет фонтаном вода. Почему? Где в практике используется такое явление?
И ГАЗАМИ
И ГАЗАМИ
Рис. 28
Рис. 28
Рис. 29
Рис. 29
Возьмите стеклянный сосуд с водой, закройте его пробкой, через которую пропущены две стеклянные трубки. Как перелить из него воду в пустой сосуд, не вынимая пробки? Где используется данное явление?
Аналогия сифона. Возьмите и укрепите блок в штативе. Через него перебросьте цепочку. Ее концы должны быть равными (рис. 30, а). Затем поднимите один конец цепочки (рис. 30, б). Она начинает перемещаться. Почему?
Переливание воды с помощью простого сифона. Опустите резиновую трубку в сосуд с водой. Зажмите один конец трубки под водой, выньте его и опустите в другой сосуд, расположенный ниже. Вода будет вытекать. Почему?
Инерционный сифон. Возьмите воронку с надетой на нее резиновой трубкой. Конец трубки перекройте плотно пальцем. Второй рукой погружайте воронку в сосуд, из которого решили переливать воду. Когда воронка окажется полностью под водой, а резиновая трубка ниже сосуда с водой, уберите палец. Сифон начнет действовать. Почему?
В воронку вставьте пробку, через которую пропущена стеклянная трубка. На последнюю наденьте резиновую трубку, свободный конец которой должен доходить до пробки (рис. 31). Воронку до половины наполните водой. Обратите внимание на то, что вода не выливается. Продолжаем наполнять воронку водой; когда она закроет верхнюю часть трубки, вода начинает течь и полностью выливается из воронки. Почему?
Колбу до половины заполните подкрашенной водой. В горлышко вставьте пробку, через которую пропустите изогнутую П-образную стеклянную трубку. Один ее конец должен доходить почти до дна колбы, второй опущен в стакан (рис. 32). Прибор поставьте под ко-
Рис. зо
Рис. 31Рис. 31Рис. 32Рис. 32Рис. 33Рис. 33
Рис. 31
Рис. 31
Рис. 32
Рис. 32
Рис. 33
Рис. 33
локол воздушного насоса и откачивайте воздух. При этом вода из колбы переходит в стакан. Объясните почему.
После откачивания откройте вентиль, и вода вновь переходит из стакана в колбу. Почему?
Рис. 34Рис. 34Соберите опытную установку, изображенную на рисунке 33. Колбу, заполненную водой, опрокиньте в пустой стакан. Небольшая часть воды выльется в стакан. Установку поместите под колокол воздушного насоса, откачивайте воздух. При этом вода из колбы переливается в стакан. Почему?
Рис. 34
Рис. 34
После откачивания воздуха откройте
вентиль. Вода из стакана переходит обратно в колбу. Почему?
Возьмите две стеклянные колбы. В каждую из них вставьте резиновые пробки со стеклянными трубками (рис. 34). Одна трубка (П-образная) доходит почти до дна колб, вторая соединяется с насосом Комовского. До опыта в левую колбу до половины налейте подкрашенной воды. Откачивайте воздух из правой колбы. Как при этом ведет себя вода? Объясните причины наблюдаемого явления.
Что произойдет с водой, если осторожно впуётить воздух в правую колбу? Почему?
В горлышко бутылки из-под молока внесите корковую пробку и попробуйте ртом вдунуть пробку в бутылку. На вечере всегда находятся желающие, которые пытаются вдуть пробку, но она вылетает из бутылки. Почему?
Пробка и бутылка должны быть сухими.
ВЕС ВОЗДУХА. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Вода в перевернутом стакане. Наполните до краев стакан водой и прикройте листком плотной бумаги (опыт получается лучше с толстостенным стаканом). Переверните стакан, придерживая лист
Рис. 35Рис. 35бумаги ладонью. Затем уберите руку. Почему вода из стакана не выливается?
Рис. 35
Рис. 35
Другой вариант опыта. Стакан с водой закройте тонким листком плотной бумаги, переверните и поставьте на какую-либо доску. Одной рукой придерживайте стакан, а второй — выдерните лист бумаги. Почему вода не выливается из перевернутого стакана (рис. 35)?
Возьмите бутылку и наполните ее водой. Закройте горлышко бутылки доской и переверните. Почему вода не выливается из бутылки?
Рис. 36Рис. 36Коллективный опыт. На вечере физики проделайте коллективный опыт с магде- бургскими тарелками, которые для страховки следует соединить прочным шнуром (он не даст тарелкам далеко разойтись). Из прибора откачайте воздух. Все присутствующие, разделившись на две группы, должны попытаться разъединить тарелки. Как объяснить наблюдаемое явление?
Рис. 36
Рис. 36
«Загадочное» разрушение стекла. Для опыта возьмите одну тарелку с краном от прибора магдебургские тарелки. Установите ее на две опоры. Маленьким кусочком ваты прикройте отверстие, чтобы предохра
нить его от засорения осколками стекла. Пришлифованную часть тарелки протрите тряпкой, смажьте вазелином и накройте оконным стеклом. Для безопасности опытную установку поместите под колокол. Откачивайте воздух. При этом наблюдается разрушение стекла. Почему?
Сплющивание банки атмосферным давлением. Возьмите металлическую банку из-под сока. Налейте немного воды и поставьте на электрическую плитку. Доведите воду до кипения и дайте возможность кипеть в течение нескольких минут, чтобы водяные пары полностью вытеснили воздух из банки. Осторожно снимите банку с плитки и закройте отверстие резиновой пробкой. Для быстрого охлаждения облейте банку холодной водой, при этом она сжимается и сплющивается (рис. 36). Объясните наблюдаемое явление.
Примечания. 1. Для проведения опыта банку с соком надо вскрыть, сделав в крышке круглое отверстие диаметром 5—6 мм, через которое следует удалить сок. Необходимо подобрать конусовидную резиновую пробку. 2. При обливании банки с водяными парами холодной водой банку нельзя брать в руки. Опасно! Сплющивание происходит мгновенно, и могут пострадать пальцы руки.
После опыта желательно спроецировать фотографию, которая была помещена в журнале «Наука и жизнь» (1967, № 1, с. 151). Фотографию в редакцию журнала прислал инженер П. Фейет. Он писал: «В цистерне был мазут. Чтобы опорожнить цистерну, мазут нужно было разогреть. Разогревали горячим паром, который подавался прямо в цистерну. Когда мазут слили, люк цистерны закрыли, не дав ей как
следует охладиться.. Пар в цистерне сконденсировался, давление в ней резко понизилось, и атмосферный воздух раздавил цистерну».
Возьмите тарелку от воздушного насоса и поставьте граненый стакан вверх дном так, чтобы он закрывал отверстие в центре тарелки. Прижимая стакан, откачайте насосом Комовского воздух до 40—60 мм рт. ст. Возьмите стакан и поднимайте его. Почему вместе с ним поднимается тарелка (на всякий случай снизу тарелки следует держать наготове руку, рис. 37)?
Возьмите гирю массой 5 кг, поставьте под колокол на тарелку насоса и откачайте воздух. Поднимите колокол. Почему вместе с ним поднимается и тарелка с гирей?
Поднесите воронку к листку бумаги. Втяните воздух из воронки в себя, при этом лист бумаги удерживается воронкой и поднимается вместе с ней. Почему?
Примечание. Опыт проводите, надев на воронку резиновую трубку, и подносите воронку к листку бумаги, лежащему на столе.
Искусственный флюс. Возьмите воронку и приложите ее к щеке. Насосом Шинца откачивайте воздух из воронки. Почему под ней наблюдается вздутие щеки?
Листок бумаги накройте книгой и рывком поднимите ее. Почему за ней поднимается листок?
Подъем чемодана вантузом. Возьмите вантуз, который применяется в сантехнике, смочите его края водой и прижмите к чемодану, который лежит на столе. Выдавите часть воздуха из вантуза, а затем поднимайте его. Почему вместе с ним поднимается чемодан?
Примечание. Края у вантуза бывают неровные. Их следует подровнять, пришлифовать о ровную поверхность кирпича, тогда опыт протекает лучше.
Прижмите вантуз к классной доске, подвесьте к нему груз массой 5—10 кг. Вантуз удерживается на доске вместе с грузом. Почему?
Фонтан. Возьмите круглодонную колбу (лучше большой вместимости). В ее горлышко плотно вставьте резиновую пробку с пропущенной через нее небольшой стеклянной трубкой. (Конец трубки, находящийся в колбе, должен иметь отверстие диаметром 1—2 мм.)
На стеклянную трубку наденьте резиновую, а на нее — винтовой зажим.
Перед опытом колбу присоедините к насосу Комовского (или ручному насосу Шинца) и откачайте воздух. Быстро зажмите резиновую трубку. Колбу отсоедините от насоса и конец трубки опустите в стеклянную банку с подкрашенной жидкостью. Зажим снимите — наблюдается фонтан (рис. 38). Почему?
Примечание. При отсутствии круглодонной колбы можно использовать бутылку из-под молока.
Возьмите алюминиевый бидон, закройте его крышкой и переверните. Крышка падает. Заполните бидон водой, закройте крышкой и переверните. Почему крышка не падает?
Примечание. Опыт следует проводить над раковиной, ведром, тазом.
В магазинах продается бокал «Напейся — не облейся». В бокал налейте питьевой воды и предложите кому-либо из своих товарищей напиться и не облиться. Многие ученики пытаются напиться, но обливаются водой. Ученик, знающий «фокус», пьет и не обливается. Как объяснить устройство и действие бокала?
«Тяжелая газета». Положите на стол линейку длиной 50— 70 см так, чтобы конец ее 10 см свешивался. На линейку положите полностью развернутую газету (рис. 39). Если медленно оказывать давление на свешивающийся конец линейки, то он опускается, а противоположный поднимается вместе с газетой. Если же резко ударить по концу линейки молотком, то она ломается, причем противоположный конец с газетой почти не поднимается. Как объяснить наблюдаемое явление?
Примечание. Газета должна плотно прилегать к столу
В один конец стеклянной трубки длиной 100—200 см и диаметром 1,5—2 см вставьте резиновую пробку. Наполните трубку водой, закройте открытый конец трубки рукой и опустите в сосуд с водой. Удерживая трубку вертикально, уберите руку. Почему вода из трубки не выливается? Где применяется подобное явление? Какой столб воды может удержать атмосферное давление?
Примечание. Так как постановка опытов с ртутью запрещена, то данный опыт можно и-спользовать на уроке вместо опыта Торричелли
Возьмите склянку с двумя отверстиями (рис. 40). В верхнее отверстие плотно вставьте резиновую пробку со стеклянной трубкой, на нижний конец которой привяжите детский резиновый воздушный шар. В боковое отверстие вставьте резиновую пробку с трубкой, на которую наденьте резиновую трубку с зажимом. При открытом зажиме ртом или насосом Шинца надуйте резиновый шар. Затем пережмите зажимом нижнюю трубку. Почему резиновый шар остается надутым? При этом следует обратить внимание, что полость шара сообщается с атмосферой, что удивляет присутствующих.
Если трубку освободите от зажима, шар сжимается. Почему?
Примечание. Опыт можно видоизменить, откачивая воздух из склянки через боковое отверстие.
Налейте в стакан немного воды и опустите в него пробирку открытым концом вниз. Поставьте стакан под колокол воздушного насоса Комовского и откачивайте воздух до давления 50—60 м(м рт. ст. При этом пузырьки воздуха выходят из пробирки через (воду.
После откачивания под колокол впустите воздух. Пробирка наполняется водой. Объясните наблюдаемые явления.
Возьмите кусок пористого дерева (сосна, ель) и положите на дно стеклянного сосуда с водой. На дерево положите гирю, которая будет удерживать его в воде. Поставьте сосуд под колокол воздушного насоса и откачивайте воздух. Через небольшой промежуток времени возникает бурное «кипение» воды. Почему?
После откачивания воздуха снимите колокол и уберите гирю. Почему кусок дерева не всплывает?
Налейте в высокий цилиндрический сосуд немного мыльного раствора. Раствор взболтайте до пенообразования и поставьте на тарелку под колокол воздушного насоса. Почему при откачивании воздуха пена в сосуде поднимается?
Прекратите откачивание и откройте вентиль. Почему пена опускается?
Вода, вытекающая по приказанию. На подъемном столике установите сосуд, имеющий сбоку дополнительное отверстие. В горлышко и боковое отверстие сосуда вставьте резиновые пробки со стеклянными трубками 1 и 2 (трубка 1 должна быть диаметром не менее 15—20 мм, рис. 41). Рядом поставьте второй сосуд с отверстием для
Рис. 41
стока воды. Диаметр отводящей трубки 3 должен быть меньше диаметра трубки 2 примерно в два-три раза. Скорость вытекания воды через трубку 3 можно регулировать зажимом. Она должна быть меньше скорости вытекания воды через трубку 2 в два-три раза. Налейте воду в нижний и верхний сосуды при закрытой трубке 2.
Ученик, показывающий этот опыт, говорит, что вода вытекает только по команде. Он подает команду: «Вода, вытекай!» Действительно, вода вытекает по трубке 2. Он подает команду: «Вода, остановись!» Вытекание воды из трубки 2 прекращается. Как объяснить наблюдаемое явление?
Листок газетной бумаги 70X70 мм сверните в виде гармошки и подожгите. Когда бумага разгорится, опустите ее в бутылку из-под кефира. Через 1—2 с плотно накройте бутылку ладонью. Бумага перестает гореть. Еще через 1—2 с поднимите ладонь. Вместе с ней поднимается бутылка (рис. 42). Почему?
Яйцо в графине. Для опыта сварите вкрутую яйцо. Очистите его от скорлупы. Возьмите листок бумаги размером 80X80 мм, сверните его гармошкой и подожгите. Затем опустите горящую бумагу в графин. Через 1—2 с горлышко накройте яйцом (рис. 43). Горение бумаги прекращается, и яйцо начинает втягиваться в графин. Объясните наблюдаемое явление.
Примечание. Если опыт не получится, то перед повторением не забудьте удалить из графина углекислый газ простым выдуванием.
По размеру фанерной дощечки 100X100 мм вырежьте из старой волейбольной камеры резиновую прокладку и прикрепите ее кнопками к фанере. В пол-литровую стеклянную банку налейте немного воды, а на воду — немного спирта. Подожгите спирт. Дав ему
Рис. 42Рис. 42Рис. 44Рис. 44Рис. 45Рис. 45
Рис. 42
Рис. 42
Рис. 44
Рис. 44
Рис. 45
Рис. 45
недолго погореть, закройте банку дощечкой. Огонь погаснет. Через 1—2 с поднимите дощечку. Вместе с ней поднимается банка, в которую втянулась резина (рис. 44). Чем объяснить подъем банки с дощечкой и втягивание резины? Где на практике используется данное явление?
Вырежьте резиновое кольцо с учетом внутреннего и внешнего диаметров граненого стакана и положите его на стакан. Подожгите кусок бумаги, опустите в стакан и почти сразу закройте его вторым стаканом (рис. 45). Через 1—2 с поднимите верхний стакан, за ним поднимется и нижний. Почему?
АРХИМЕДОВА СИЛА.
УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ
Возьмите блюдце и опустите его на воду ребром, оно тонет. Если блюдце опустите на воду дном, оно плавает на поверхности. Почему?
Возьмите две крышки от молочных бутылок: одну — смятую в комок, а вторую — целую. Опустите их на поверхность воды. Почему первая тонет, а вторая нет?
Возьмите две стеклянные банки: одну — с чистой водой, вторую — с соленой. В каждую из них опустите по клубню картофеля. В первой картофель тонет, во второй — плавает. Объясните наблюдаемое явление.
Рис. 49Рис. 49Рис. 50Рис. 50
Рис. 49
Рис. 49
Рис. 50
Рис. 50
«Удивительное яйцо» (опыт можно провести с картофелем). Опустите яйцо в стеклянный сосуд, наполовину заполненный жидкостью. Оно плавает на поверхности. Что будет с яйцом, если подлить в сосуд воды?
Обычно отвечают, что яйцо всплывет. Подливайте осторожно воду через воронку по стенке сосуда, пока он не наполнится. Яйцо, к удивлению зрителей, остается на прежнем уровне (высоте). Почему?
ПО. Водяной подсвечник. Возьмите стеариновую свечу. На нижнем конце закрепите небольшой грузик и опустите в стеклянный сосуд с водой. Свеча должна плавать, как поплавок (рис. 46). Верхний конец с фитилем чуть выступает над водой. Как долго будет гореть свеча?
Учащиеся обычно отвечают, что свеча будет гореть недолго. Наблюдайте за горением свечи. Она горит почти до конца. Как объяснить это явление?
Возьмите пробирку с пробкой, через которую пропустите стеклянную трубку длиной 10—14 см, запаянную сверху. Запаянный конец трубки должен выступать над пробиркой на 6—7 см. В пробирку насыпьте столько дроби, чтобы пробирка плавала в воде, как поплавок, и при этом конец трубки примерно 3 см выходил бы из воды
(рис. 47). Затем вдвиньте трубку в пробирку на 4 см и вновь опустите па воду. Почему она тонет?
С прибором предыдущего опыта можно проделать другой опыт. Трубку вдвигают в пробирку так, чтобы прибор плавал внутри воды при температуре 25—30 °C. Теперь, если подлить в сосуд холодной воды, то поплавок всплывает, а если теплой, то тонет. 11очему?
Возьмите пузырек из-под пенициллина и наберите в него столько воды, чтобы сила тяжести пузырька вместе с водой была незначительно больше выталкивающей силы. В высокий стакан с водой опустите пузырек вверх дном, он потонет. Нагрейте стакан. Почему через некоторое время пузырек поднимается вверх?
Цилиндрический сосуд наполните раствором медного купороса до краев, закройте стеклянной пластинкой, переверните и поставьте на стеклянный сосуд с керосином. Пластинку уберите. При этом происходит перемещение жидкостей: раствор медного купороса опускается вниз, а керосин поднимается вверх. Почему?
Для опыта возьмите пробирку с пробкой. В пробку вставьте проволоку, на концах которой укрепите две деревянные палочки. В пробирку подлейте воды или насыпьте дроби.
Две палочки и пробка изображают соответственно руки и голову человека. Если палочки поднять вверх, то при опускании пробирки в воду пробка окажется под водой (рис. 48, а). Отогните палочки вниз. Если сейчас опустить пробирку в воду, то пробка оказывается над водой (рис. 48, б). Объясните наблюдаемое явление.
Картезианский водолаз. Цилиндрический стеклянный сосуд на 9/10 наполняют водой. В нем находится стеклянный пузырек с небольшим объемом воды, опрокинутый горлышком вниз. Сверху цилиндрический сосуд плотно затягивают резиновой пленкой (рис. 49). Если оказывать давление на резиновую пленку, то стеклянный пузырек тонет. Прекратите воздействие на пленку — пузырек всплывает. Объясните наблюдаемое явление. Где используется в практике данное явление?
Вариант картезианского водолаза. Его изготовляют из пробирки (желательно взять пробирку длиной 7—8 см и диаметром 2 см) с пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка диаметром 6 мм. В пробирку наливают воду, объем которой подбирают опытным путем так, чтобы пробирка плавала и небольшая часть ее выступала из воды (рис. 50).
Пробирку опускают в литровую бутылку с водой. В горлышко бутылки вставляют пробку со стеклянной или металлической трубкой, на которую надета резиновая трубка. Если ртом вдувать воздух в бутылку через трубку, то пробирка тонет. Почему? Если воздух выпустить обратно, то пробирка всплывает. Почему?
Опыт можно видоизменить. Допустим, мы добились того, что пробирка плавает. Если теперь создадим разрежение, втягивая ртом воздух из бутылки, то почему при этом пробирка всплывает?
. На одной чаше весов установите сосуд с водой, на другой — штатив с пустым сосудом. К штативу подвесьте сплошной цилиндр
Рис. 51Рис. 51Рис. 52Рис. 52
Рис. 51
Рис. 51
Рис. 52
Рис. 52
от прибора «ведерко Архимеда». Уравновесьте весы (рис. 51).
Что произойдет с равновесием весов, если цилиндрическое тело опустить в воду? При этом вода из сосуда не должна выливаться. Ответ проверьте опытом.
Чему равна разность сил, которая выводит весы из равновесия, как ее измерить?
119*. Несколько спичек сутки подержите в воде. Затем опустите их в бутылку, до краев наполненную водой. Возьмите пластмассовую пробку в виде наперстка, наденьте ее на указательный палец. Закройте пробкой горлышко бутылки и производите через пробку давление на воду. С увеличением давления спички тонут, с уменьшением — всплывают. Изменяя давление, можно заставить спички плавать на любой глубине. Объясните наблюдаемое явление.
Пуск мыльных пузырей, наполненных водородом. Для пуска пузырей используйте аппарат Киппа, в котором получают водород.
Резиновую трубку аппарата наденьте ла небольшую стеклянную трубку диаметром 2—3 мм на конце. Конец обмакните в мыльный раствор и понемногу пускайте в трубку водород. Вскоре после образования пузыря поверните трубку концом вверх и продолжайте пускать водород. Затем рывком отделите от него трубку. Мыльный пузырь поднимается к потолку.
Надуйте детский шар воздухом и уравновесьте на весах. Нарушится ли равновесие, если выпустить воздух из шара?
Получив ответ, выпустите воздух из шара и наблюдайте за весами. Они почти остаются в равновесии. Дайте простейшее объяснение опыта для шестиклассников.
На физическом вечере или занятии кружка обратите внимание учащихся на то, что после выпуска воздуха чаша весов с разновесками незначительно перетягивает чашу с шаром. Как объяснить последнее явление?
Возьмите широкую стеклянную банку с водой и стеклянный стакан вместимостью 400—500 мл. В стакан положите 6—7 гирек, массой 50 г каждая, и опустите его в воду. Стакан с гирьками должен плавать в воде. Заметьте уровень воды в банке. Как изменится уровень воды, если гирьки из стакана опустить на дно сосуда с водой?
Ответы бывают разные. Получив их, поставьте опыт.
Возьмите фарфоровую чашку и опустите ее на поверхность зо
воды так, чтобы она плавала (рис. 52). Как изменится уровень воды в сосуде, если чашку утопить?
Получив ответ, сделайте заметку уровня воды и утопите чашку.
Поставьте вопрос перед учениками: одинаковая ли сила потребуется для того, чтобы удержать пустое ведро в воздухе или то же ведро, но наполненное водой,— в воде?
Многие ученики затрудняются дать правильный ответ. После получения разных ответов выясняем на опыте, кто прав. Для этого возьмите динамометр Бакушинского, ведерко Архимеда и сосуд с водой. Подвесьте ведерко к динамометру и покажите силу, которая равна весу ведерка.
Затем заполните ведерко водой, погрузите его полностью в воду и покажите, что на динамометр действует сила, равная весу ведерка.
ЗАКОН БЕРНУЛЛИ
125*. Для опыта используйте стеклянную воронку и по ее размерам сделайте бумажный конус (рис. 53). На трубку воронки наденьте резиновую трубку. Расположите воронку раструбом вниз и продувайте воздух. Почему бумажный конус не выпадает из воронки?
126*. Возьмите стеклянную воронку вместимостью 80—100 см3, вставьте ее в отверстие резиновой пробки, находящейся на конце шланга, надетого на выходной патрубок пылесоса. Включите пылесос и на ладони поднесите к воронке шарик от настольного тенниса (возможно, шарик внутри воронки надо будет приподнять). Хотя поток воздуха идет через воронку наружу, шарик приподнимается к верхней части раструба и прочно удерживается там (рис. 54). Почему?
127*. Поставьте шланг на выходной пат рубок пылесоса. Включите пылесос и поместите в струю воздуха шарик от настольного тенниса. Шарик будет висеть в воздухе. Медленно перемещайте струю воздуха — перемещается и шарик. Медленно наклоняйте шланг, а следовательно и струю воздуха. Почему шарик висит в воздухе?
128*. Вариант опыта. Интересно протекает опыт с детским надувным шаром, помещенным в струю воздуха. Шар легко и высоко парит в струе воздуха. При наклоне струи он также легко перемещается. Опыт проте-
Рис. 56
Рис. 57
кает еще интереснее, если в струе воздуха находятся два детских шара. Вначале поместите один шар, а затем второй, чуть ниже первого (диаметры шаров должны быть в этом случае примерно по 10 см).
129*. Возьмите стеклянную трубку диаметром 10—15 мм с оттянутым концом, внутренний диаметр которого 1,5—2 мм. Соедините ее резиновой трубкой с водопроводным краном и получите фонтанирующую струю над ванной. Внесите в струю воды шарик от настольного тенниса. Он будет «парить» на вершине струи. Почему?
130*. Получите струю воздуха от пылесоса и внесите в нее шарик от настольного тенниса. Наклоните патрубок пылесоса на 20—30°, следовательно, струя воздуха будет иметь такой же наклон. Сверху струи, чуть выше того места, где висит шар, поместите тонкостенный стакан. Его ось должна быть перпендикулярна потоку воздуха (рис. 55).
При этом шар приподнимается и начинает барабанить по стакану. Почему?
Примечание. Хорошо бы удерживать стакан таким телом, которое не поглощало звуки удара шара по стакану. Опыт требует небольшой тренировки, после которой он выполняется уверенно.
131*. Сделайте из тонкой и плотной бумаги цилиндр диаметром 4—5 см, длиной 15 см. Положите его на стол перед двумя вертикальными стойками: ножкой стула и какой-либо палкой. Расстояние между ними примерно 5 см.
Если направить горизонтальный поток воздуха на цилиндр и поднимать шланг пылесоса, то цилиндр поднимается вдоль стоек на 10—15 см. Почему?
Указанную демонстрацию можно проводить по-другому. Наденьте цилиндр на тонкий прямой стержень (шомпол) и вносите в поток воздуха. При этом ось цилиндра должна быть перпендикулярна потоку (рис. 56). Как только верхняя поверхность цилиндра коснется потока воздуха, он сейчас же будет втянут в него.
132*. К шарику от настольного тенниса прикрепите пластилином нитку длиной 40—50 см. Держа шарик за нить, поднесите его
Рис. 58
К струе воды (рис. 57). Почему шарик притягивается и удерживается в струе?
133*. К нити привяжите ложку и поднесите ее к струе воды из водопроводного крана. Правой рукой держите за нить, а указательным пальцем левой руки придерживайте сбоку верхний конец ложки, чтобы она не крутилась. Когда зазор между струей и ложкой будет 2—4 мм, то ложка резко втягивается в струю. При этом верхний конец можно отвести. Как объяснить наблюдаемое явление?
134*. Уравновесьте учебные весы. Через стеклянную трубку продувайте воздух между чашей весов и основанием. Почему чаша, под которой продуваем воздух, опускается?
135*. Скатывающийся с наклонной плоскости деревянный цилиндр падает по параболе впереди наклонной плоскости (в точке а, рис. 58), а бумажный движется по кривой, которая заканчивается в точке б под наклонной плоскостью. Проделайте опыт и объясните наблюдаемое явление.
Примечание. Цилиндр изготовляют из папиросной бумаги размером: длина 20 см, диаметр 3 см.
136*. Взлетание вращающегося цилиндра — эффект Магнуса. Для демонстрации изготовьте цилиндр из плотной, но не толстой бумаги диаметром 4,5—5 см, длиной 25—30 см. В качестве ленты используйте бинт длиной 100—120 см и шириной 8 см. Намотайте его на центральную часть бумажного цилиндра, а второй конец закрепите кнопками на линейке. Расположите линейку и цилиндр на столе так, чтобы лента при движении линейки сматывалась снизу. Резким движением вдоль горизонтальной поверхности стола сообщите цилиндру сложное движение, которое состоит из поступательного И вращательного движений. При большой скорости цилиндр поднимается вверх и описывает небольшую вертикальную петлю (рис. 59).
Объясните, почему цилиндр поднимается (рис. 60).
Примечание. В некоторых источниках указывается на приклеивание к концам цилиндра дисков. Они — не обязательны. Опыт протекает хорошо и без дисков,
137*. Сделайте из чертежной бумаги два диска диаметром 10—12 см и приклейте один из них к катушке из-под ниток. Предварительно по центру этого диска сделайте отверстие, равное диаметру отверстия катушки. Сложите диски вместе и по краю проколите 4 отверстия иголкой, при этом на втором диске отверстия расширьте. В эти отверстия вставьте тонкие проволочки, которые должны удерживать диски с промежутком между ними в 1,5—2 см.
Катушку расположите вертикально, прижмите нижний диск к верхнему и отпустите. Под действием силы тяжести он па
дает. Затем продувайте ртом или пылесосом воздух через отверстие в катушке. При этом нижний диск поднимается и прижимается к верхнему. Почему?
Опыт протекает .быстро, и его следует повторить несколько раз. 138*. Вырежьте из картона круг диаметром 14 см и привяжите к его краям две нити. Точки подвеса находятся на концах диаметра, проходящего через центр тяжести. На концах нитей сделайте петли, с помощью которых подвесьте круг (рис. 61).
В каком положении будет находиться круг, если на него направить горизонтальный поток воздуха? Получив ответ, проведите опыт (для этого установите вентилятор так, чтобы прямая, проходящая через его центр, пересекала центр тяжести круга).
В этом случае, как бы мы ни устанавливали плоскость круга, она под действием потока воздуха располагается перпендикулярно к нему.
Рис. 62Рис. 62Для объяснения следует воспользоваться двумя рисунками (рис. 62). На левом — линии тока несимметричны. Вверху у края круга линии тока показывают, что скорость спереди больше, чем сзади. Отсюда давление сзади будет больше, чем спереди. На нижнем крае круга все происходит наоборот. Скорость потока спереди меньше, чем сзади, а давление спереди, следовательно, больше. В итоге возникает вращающий момент, в результате действия которого плоскость круга располагается перпендикулярно к потоку, а линии тока симметрично, как показано на правом рисунке.
Рис. 62
Рис. 62
Возьмите зажженную свечу, установите ее на расстоянии I м от вентилятора и включите его. Пламя свечи отклоняется по направлению потока воздуха. Что будет наблюдаться с пламенем, если между вентилятором и свечой поставить экран? В качестве экрана можно использовать обычную папку. Многие считают, что пламя не будет отклоняться.
Установите экран на расстоянии 15 см от свечи. Пламя отклоняется в сторону экрана и становится горизонтальным, а дым, образующийся при горении, по горизонтали доходит почти до экрана, т. е, противоположно относительно потока.
Вырежьте из картона два диска: один — диаметром 15 см, II второй — диаметром 20 см. Возьмите спицу и закрепите ее горизонтально. Чтобы опыт лучше протекал, ее следует протереть мыльным раствором. На спицу свободно наденьте меньший диск и направьте на него поток воздуха от вентилятора. Диск будет перемещаться но направлению потока. После этого поставьте впереди второй неподвижно закрепленный диск. Расстояние между дисками 15—20 см.
Направьте поток воздуха на неподвижный диск. При этом свободно насаженный диск начнет перемещаться в сторону неподвижного. Почему?
Опыт следует повторить, он требует немного времени и протекает хорошо.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И РАБОТА
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ
Кусок прямой проволоки подвесьте на шнуре за середину. Наблюдается равновесие. Затем один из концов согните вдвое, как показано на рисунке 63, и равновесие проволоки сразу нарушится. Почему?
Возьмите теплоприемник, соедините с жидкостным манометром. Обратите внимание, что уровни жидкости в обоих коленах находятся на одной высоте. Потрите теплоприемник о кусок шерсти. Почему возникает разность уровней в манометре?
В горлышко колбы плотно вставьте резиновую пробку с пропущенной через нее стеклянной трубкой. Колбу соедините резиновой трубкой с демонстрационным жидкостным манометром. Обхватите колбу руками. Почему возникает разность уровней в манометре?
Если колбу опустить в холодную воду, то возникает разность уровней в другом направлении. Почему?
Возьмите демонстрационный жидкостный манометр. Одно колено манометра соедините резиновой трубкой со стеклянной трубкой, пропущенной через резиновую пробку, которая герметично вставлена в стеклянную колбу. На второй конец манометра наденьте кусок резиновой трубки с зажимом.
Что происходит с газами при охлаждении? После получения ответа выполните опыт. Нагревайте колбу руками. При этом воздух нагревается. Давление его повышается, и в манометре возникает
Рис. 64
разность уровней, на что обращаем внимание учащихся. Когда разность уровней достигнет 12—15 см, быстро перекрываем зажимом резиновую трубку на втором конце манометра. После того как мы убрали руки от колбы, воздух в ней охлаждается. Казалось бы, давление газа в колбе должно уменьшаться, но разность уровней в манометре сохраняется! Почему?
Соберите установку по рисунку 64. На верхнем конце трубки 1 должно быть небольшое отверстие диаметром 0,6—0,7 мм. Нагрейте колбу 2 на пламени спиртовки. Из трубки 1 вода начинает бить фонтаном. Почему?
Вырежьте из жести полосу 8ХЮ0 см, согните ее по длине желобом и закрепите в лапке штатива с наклоном. У нижнего конца желоба установите горящую спиртовку, причем средняя часть пламени должна быть на уровне конца желоба (рис. 65). Возьмите
кусок ваты, смочите эфиром и положите на верхний конец желоба. Эфир начинает испаряться, и так как его пары тяжелее воздуха, то они стекают по желобу вниз, доходят до пламени спиртовки и воспламеняются. Пламя моментально распространяется вверх по желобу и доходит до источника паров эфира — смоченной ватки.
Опыт имеет большое практическое значение. Он убедительно доказывает опасность распространения паров легко воспламеняющихся горючих веществ вблизи места ИХ хранения.
Примечание. До постановки опыта подготовить полотенце или тряпку для накрытия горящей ваты. Е>утылку с эфиром хранить дальше от опытной установки
СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОТЫ
В небольшую пробирку налейте немного спирта. Опустите ее в колбу с водой так, чтобы часть со спиртом находилась полностью в воде. Сверху на пробирку положите сетку из латуни. Затем нагрейте колбу на спиртовке. Когда спирт закипит, поднесите сверху сетки горящую спичку, при этом пары спирта воспламеняются. Если сетку поднимать над пробиркой, то пламя постепенно уменьшается и, наконец, гаснет, но не переходит вниз под сетку. Почему?
Где это явление используется в практике?
Можно ли вскипятить воду в бумажной коробке? Чтобы ответить на этот вопрос, проведите опыт. Для этого из плотной бумаги сделайте коробку, налейте в нее воды и поставьте на электрическую плитку или подвесьте над спиртовкой. Вода нагреется и, наконец, закипит. Коробка остается целой. Почему?
Примечание. Опыт протекает убедительнее, если один из учащихся проноситПримечание. Опыт протекает убедительнее, если один из учащихся проноситв коробке нагретую воду (не до кипения) между рядами и убедиться в том, что вода нагрета.Положите на полоску бумаги латунную гирю и внесите их в пламя. Почему бумага не горит?Соберите установку по рисунку 66. Для этого возьмите стеклянную трубку длиной 45 см с шариком на конце. (Вместо него можно использовать маленькую колбу с резиновой пробкой, через которую пропускают стеклянную трубку.) На трубку наденьте пробку, которую вставьте в горлышко обрезанной бутылки. Конец трубки опустите в стакан с подкрашенной водой.Если прикоснуться рукой к поверхности шарика (колбы), то часть воздуха выходит из трубки. Уберите руку. Вода поднимается по трубке. Объясните почему.Налейте в обрезанную бутылку воды, чтобы над шариком (колбой) был слой 5 мм. Обратите внимание на то, что полученныйв коробке нагретую воду (не до кипения) между рядами и убедиться в том, что вода нагрета.Положите на полоску бумаги латунную гирю и внесите их в пламя. Почему бумага не горит?Соберите установку по рисунку 66. Для этого возьмите стеклянную трубку длиной 45 см с шариком на конце. (Вместо него можно использовать маленькую колбу с резиновой пробкой, через которую пропускают стеклянную трубку.) На трубку наденьте пробку, которую вставьте в горлышко обрезанной бутылки. Конец трубки опустите в стакан с подкрашенной водой.Если прикоснуться рукой к поверхности шарика (колбы), то часть воздуха выходит из трубки. Уберите руку. Вода поднимается по трубке. Объясните почему.Налейте в обрезанную бутылку воды, чтобы над шариком (колбой) был слой 5 мм. Обратите внимание на то, что полученныйдает ребятам возможностьдает ребятам возможностьРис. 66Рис. 66
Примечание. Опыт протекает убедительнее, если один из учащихся проносит
Примечание. Опыт протекает убедительнее, если один из учащихся проносит
в коробке нагретую воду (не до кипения) между рядами и убедиться в том, что вода нагрета.
Положите на полоску бумаги латунную гирю и внесите их в пламя. Почему бумага не горит?
Соберите установку по рисунку 66. Для этого возьмите стеклянную трубку длиной 45 см с шариком на конце. (Вместо него можно использовать маленькую колбу с резиновой пробкой, через которую пропускают стеклянную трубку.) На трубку наденьте пробку, которую вставьте в горлышко обрезанной бутылки. Конец трубки опустите в стакан с подкрашенной водой.
Если прикоснуться рукой к поверхности шарика (колбы), то часть воздуха выходит из трубки. Уберите руку. Вода поднимается по трубке. Объясните почему.
Налейте в обрезанную бутылку воды, чтобы над шариком (колбой) был слой 5 мм. Обратите внимание на то, что полученный
в коробке нагретую воду (не до кипения) между рядами и убедиться в том, что вода нагрета.
Положите на полоску бумаги латунную гирю и внесите их в пламя. Почему бумага не горит?
Соберите установку по рисунку 66. Для этого возьмите стеклянную трубку длиной 45 см с шариком на конце. (Вместо него можно использовать маленькую колбу с резиновой пробкой, через которую пропускают стеклянную трубку.) На трубку наденьте пробку, которую вставьте в горлышко обрезанной бутылки. Конец трубки опустите в стакан с подкрашенной водой.
Если прикоснуться рукой к поверхности шарика (колбы), то часть воздуха выходит из трубки. Уберите руку. Вода поднимается по трубке. Объясните почему.
Налейте в обрезанную бутылку воды, чтобы над шариком (колбой) был слой 5 мм. Обратите внимание на то, что полученный
дает ребятам возможность
дает ребятам возможность
Рис. 66
Рис. 66
Рис. 67Рис. 67прибор обладает хорошей чувствительностью к изменению температуры. Через воду коснитесь пальцем поверхности шарика (колбы) — уровень воды в трубке понижается. Затем на поверхность воды капните пипеткой 15—20 капель эфира и подожгите его спичкой. В процессе горения эфира уровень воды в трубке не изменится. Объясните почему.
Рис. 67
Рис. 67
Носовой платок смочите водой (о чем присутствующим можно пока не говорить), облейте спиртом и подожгите. Через некоторое время пламя тухнет. Почему платок остается целым?
Возьмите учебные весы, закрепите их в лапке штатива и уравновесьте. Поднесите снизу под чашу весов горящую спичку на расстоянии 10—12 см. Почему они выходят из равновесия?
Зажгите стеариновую свечу, накройте ее стеклянной цилиндрической труб
кой (рис. 61?). При Этом пламя уменьшается и может погаснуть. Почему?
Если трубку приподнять, то свеча горит ярче. Почему?
Если трубку не поднимать и опустить в нее бумажную перегородку, не доходящую до пламени, то оно увеличивается. Почему?
ИЗМЕНЕНИЯ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА
Приготовьте в холодильнике в виде бруска кусок льда положите его концами на два подъемных столика. На брусок наденьте петлю из тонкой проволоки диаметром 0,3 мм, на которую подвесьте груз массой 5—10 кг. Проволока постепенно проходит через лед. Над ней куски льда снова смерзаются, и брусок остается целым. Почему?
Примечание. Для протекания опыта требуется 20—30 мин. Оно зависит о сечения бруска, диаметра проволоки и силы тяжести груза.
Примораживание кастрюли к подъемному столику. На подъемный столик налейте немного воды и поставьте алюминиевую кастрюлю, наполненную снегом. В снег подсыпьте соли и перемешивайте до тех пор, пока кастрюля не примерзнет к подъемному столику. Поднимите кастрюлю. При этом вместе с ней поднимается подъемный столик. Объясните почему.
Соберите опытную установку по рисунку 68. Для этого в колбу налейте воду массой 100—150 г и вставьте резиновую пробку с трубкой. Один конец трубки должен оканчиваться у нижнего края пробки, второй следует опустить в стакан с водой. Он должен доходить почти до дна стакана. Воду в колбе нагрейте до кипения.
Рис. 69Рис. 69
Рис. 69
Рис. 69
Образующиеся пары воды должны полностью вытеснить воздух. После этого уберите спиртовку. Колба охлаждается. Давление водяных паров уменьшается. Вода из стакана начинает подниматься, доходит до колбы и затем бурно поступает в нее. Объясните наблюдаемое явление.
Колбу вместимостью 500—600 см3 заполните на 1/3 водой. (При большом объеме воздуха запас потенциальной энергии газа будет больше. Опыт будет протекать эффективнее.) В горлышко вставьте пробку, через которую пропущены две трубки (рис. 69). Одна из них соединяется с небольшой воронкой, имеющей кран. Вторая вверху оканчивается малым отверстием диаметром 0,7 мм. Открыв колбу, подогрейте немного воду. Затем закройте колбу пробкой и в воронку налейте эфира. Откройте кран и пустите немного эфира в колбу. При этом из второй трубки бьет фонтан. Почему?
Возьмите колбу с пробкой, через которую пропустите стеклянную трубку с внутренним диаметром 4—6 мм и длиной 15—20 см. Колбу переверните, а трубку опустите в стакан с подкрашенной водой (рис. 70). Если на дно колбы капнуть несколько капель жидкости или положить листок промокательной бумаги (материи), предварительно смоченной водой, вода в трубке поднимается. Объясните почему.
Возьмите бутылку. Осторожно облейте ее снаружи горячей водой. Налейте в бутылку этой же воды и затем вылейте воду. Закройте бутылку соской. Наблюдайте, что происходит с соской.
Вначале соска сжимается, а затем втягивается внутрь. Почему?
Замерзание кипящей воды. Стакан с небольшим объемом воды поставьте под колокол воздушного насоса. Откачивайте воздух из-под колокола. Вода закипает, а затем замерзает. Чем объяснить замерзание воды?
Налейте в стакан эфир. В него опустите пробирку с небольшим объемом воды, поместите все под колокол воздушного насоса и откачайте воздух. Почему вода в пробирке замерзает?
Положите на подъемный столик легкую дощечку, на нее налейте немного воды и поставьте металлическую банку из-под крема, вазелина. В банку налейте эфир и продувайте его резиновой грушей или насосом Шинца. Через 1—2 мин баночка примерзает к дощечке. Почему?
Приготовьте в ведре охлаждающую смесь из трех частей снега и одной части поваренной соли. Возьмите пузырек с закручивающейся пробкой (или флакон из-под одеколона с притертой пробкой). Заполните его водой, закройте пробкой и опустите в приготовленную смесь.
Через некоторое время (10—15 мин) пузырек разрушается. Почему?
Почему зимой сливают воду из радиатора, если автомобиль хранится не в теплом гараже?
Привяжите к ртутному шарику термометра кусочек гигроскопической ваты, пропитанной эфиром. Если помахать термометром несколько секунд, на вате появится иней. При этом термометр будет показывать температуру —10, —20 °C, в то время как в комнате температура воздуха 4-15, 4*20 °C. Объясните это явление.
Если капнуть воды на горячий утюг, то, казалось бы, капля должна быстро испариться, но этого не наблюдается. Образовав маленький шарик, шипя и подпрыгивая, капля очень медленно превращается в пар. Как объяснить это явление? Проверьте на опыте.
В пробирку налейте подкрашенной воды и доведите ее до кипения на спиртовке. Когда вода закипит, в пробирку вставьте пробку, через которую пропущена стеклянная трубка с грушей на конце. Сожмите грушу. При этом кипение превращается. Отпустите грушу — кипение возобновляется. Повторите опыт несколько раз и объясните, почему это происходит.
Как вызвать кипение воды при температуре ниже 100 °C. Возьмите круглодонную колбу. Зажмите ее горлышко в лапке штатива так, чтобы оно свободно перемещалось. Заполните колбу на 1/3 или 1/2 водой. Воду доведите до кипения и дайте ей кипеть с таким расчетом, чтобы водяные пары полностью вытеснили воздух из колбы. После этого нагреватель уберите, горлышко колбы плотно закройте резиновой пробкой и колбу вместе с лапкой переверните. Если теперь колбу обливать холодной водой, то вода в ней закипит. Почему?
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Паровая «пушка». Металлическую трубку заполните на 1/4 водой, закройте пробкой и подвесьте к штативу под углом 30° к горизонту. Нагревайте нижнюю часть трубки на пламени спиртовки. Через некоторое время пробка вылетает из трубки, как снаряд, а трубка отклоняется в противоположную сторону. Объясните почему.
Опыт А. С. Попова. Возьмите металлическую пластинку из алюминия, латуни или цинка размером 80X150 мм и положите ее на подъемный столик (рис. 71,/). На эту пластинку положите тонкий листок слюды (рис. 71,2).
Затем возьмите пластинку из латуни размером 25X150 мм, изогните дугой (рис. 71,3). Нагрейте ее на пламени спиртовки (газовой горелки) и положите на слюду. При этом пластинка начинает колебаться. Почему? Приостановите колебания пластинки, а затем отпустите. Она начинает вновь колебаться. Почему?
Демонстрация принципа действия двигателя внутреннего сгорания. У небольшой металлической банки из-под консервов удалите крышку. У края ее сделайте вырез, а в центре на дне — отверстие диаметром 2 мм. Банку положите на стол вверх дном. В боковой вырез банКи вставьте трубку от аппарата Киппа. Один ученик перекрывает пальцем отверстие в дне. Второй наполняет банку водородом и, убрав аппарат Киппа на расстояние 2—3 м, зажигает лучинку длиной 30—40 см, подносит ее к отверстию в банке. В этот момент первый ученик убирает палец. Раздается взрыв, и банка подпрыгивает. Объясните наблюдаемое явление.
Демонстрация принципа действия тепловой машины. Возьмите высокий тонкостенный стакан, сначала налейте в него слой анилина толщиной 1—2 см, а затем заполните его водой. Нагревайте стакан снизу на спиртовке. При этом капли анилина поднимаются вверх, а через некоторое время вновь опускаются вниз. Такое явление наблюдается до тех пор, пока не прогреются верхние слои воды. Объясните явление.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ
Возьмите резиновую трубку и режьте ее ножницами на маленькие кольца, которые падают в шаровой кондуктор электрометра. Почему стрелка электрометра обнаруживает заряд?
Возьмите от демонстрационного конденсатора диск из плексигласа и натирайте им шаровой кондуктор электрометра (рис. 72). При этом стрелка электрометра отклоняется. Почему? Происходит ли электризация самого диска? Как это определить?
Примечание. При отсутствии диска можно использовать любую палочку или пластинку из плексигласа.
Возьмите диск из плексигласа, поднесите его к электрометру и покажите, что он не заряжен. Затем ударьте несколько
Рис. 72Рис. 72раз диском о ладонь и вновь поднесите к электрометру. Последний обнаруживает заряд. Почему?
Рис. 72
Рис. 72
Возьмите полукруглую расческу из полиэтилена и проведите ею по чистым сухим волосам. Затем поднесите к электрометру, стрелка его отклоняется. Почему?
Если поднести расческу к лампе дневного света, неоновой, то наблюдается вспышка. Последний опыт лучше проводить в темноте.
Возникает ли электрический заряд на электрометре, если его шаровой кондуктор потереть газетой?
Потрите эбонитовой палочкой стержень электрометра, перемещая ее перпендикулярно стержню. Почему стрелка электрометра отклоняется?
Потрите сухой рукой стекло электрометра. Стрелка прибора отклоняется, показывая заряд. Почему?
Возьмите за эбонитовую ручку металлическую пластинку разборного конденсатора, в другую руку — пластинку из плексигласа. Затем потрите одну пластинку о другую. Коснитесь металлической пластинкой электрометра. Он заряжается. Поднесите пластинку плексигласа к другому электрометру. Он тоже заряжается.
Можно показать, что заряды на пластинках имеют противоположные знаки. Для этого электрометр зарядите от металлической пластинки. К заряженному электрометру поднесите пластинку из плексигласа. Стрелка электрометра возвращается к нулю.
Возьмите резиновую трубку, деформируйте ее (растягивайте, изгибайте) и затем положите на шар электрометра. Почему электрометр отмечает электрический заряд?
Примечание. При подготовке опыта проверьте различные трубки и подберите те, которые хорошо электризуются.
Снимите толстостенную резиновую трубку с насоса после его работы и положите на шар электрометра. Почему электрометр отмечает электрический заряд? Где в жизни мы встречаемся с подобными явлениями?
При перекачивании газа или жидкости по шлангам последние электризуются. Здесь уместно зачитать заметку из газеты «Известия» от 3 октября 1968 г. «Огонь отступил». «Было уже за полночь, когда рабочий Камбарской перевалочной нефтебазы Удмуртской АССР И. Третьяков, заправив восемь цистерн авиационным бензином, перевел наливной шланг в очередную порожнюю емкость. Едва шланг коснулся горловины цистерны, как высоко вверх взметнулся 15-метровый оранжево-яркий столб огня. Мощной взрывной волной Третьякова отбросило далеко от цистерн. Взрыв произошел в результате соприкосновения наконечника шланга со стенкой цистерны и образовавшегося при этом разряда статического электричества...»
Возьмите пластмассовую воронку и закрепите ее в лапке штатива над шаром электрометра. Сыпьте на край воронки речной песок. Он будет скатываться по воронке в шар электрометра, стрелка которого отклоняется. Почему стрелка электрометра отклоняется?
После разбора опыта полезно зачитать заметку из журнала «За рулем» (1978, № 3) «Почему загорелся бензин». «Когда я переливал из ведра через пластмассовую воронку бензин в топливный бак мотоцикла, неожиданно между краем воронки и ведром проскочила искра, а затем из горловины бака возник факел горящего бензина»,— пишет Н. Маколкин из Ставропольского края...» Источником воспламенения бензиновоздушной смеси стал разряд статического электричества.
Во избежание разрядов статического электричества при хранении, транспортировке горючего и заправке рекомендуется применять только металлические ведра, канистры и воронки и не использовать пластмассовые емкости.
Положите на сухое стекло или пластинку текстолита, эбонита лист бумаги. Проведите несколько раз по бумаге резиновым валиком, применяющимся в фотографии.
Если теперь лист бумаги поднести к электрометру, то он обнаруживает электрический заряд. То же самое наблюдается с резиновым валиком. Как объяснить наблюдаемое явление?
Опыт демонстрирует электризацию бумаги в ротационных типографских машинах, а резиновый валик играет роль цилиндров этой машины. Электризация бумаги в типографских машинах вызывает ее свертывание и брак при печатании. Возникающие искры нередко служат причиной пожара. Для устранения всех этих нежелательных явлений приходится все части машины заземлять, а бумагу увлажнять и обдувать воздухом с большим числом ионов.
Почему электроскоп заряжается меньшим зарядом, если касаемся его одной точкой наэлектризованной эбонитовой палочки, и заряжается большим зарядом, если эбонитовой палочкой проводим по шарику? Проверьте на опыте.
Возьмите ленту от бумажного конденсатора длиной 40— 50 см, разделите ее и опустите в шаровые кондукторы двух электрометров. Почему стрелки отклоняются?
Примечание. Чтобы заряд не стекал с металлической ленты, кончик ее следует брать пальцами через кусочек изоляционной ленты.
ДВА РОДА ЗАРЯДОВ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯДОВ
В горлышко бутылки вставьте пробку с иголкой, причем острие иглы должно быть сверху. На острие установите стакан, а на ..ем ножницы (рис. 73). Наэлектризуйте расческу и поднесите к концу ножниц. Они будут притягиваться к расческе. Приведите расческу в движение по окружности. За ней будут двигаться ножницы. Почему?
Опыт можно повторить, заменяя ножницы линейкой, ложкой, карандашом и т. д.
Возьмите пластину из плексигласа, положите на лист бумаги или открытку и поднимайте пластину. Лист остается на месте.
Наэлектризуйте пластину с одной стороны и положите ее другой стороной на листок бумаги или открытку. Поднимайте пластину. Вместе с ней поднимается лист бумаги или открытка. Почему?
Летающая ватка. Возьмите маленький рыхлый кусочек гигроскопической ваты массой 3—5 мг. Хорошо наэлектризуйте полиэтиленовую расческу о чистые волосы или эбонитовую палку и опустите на нее ватку. Она притянется и наэлектризуется. Рывком палки в сторону оторвите ватку и быстро подводите палку под ватку, а далее можно управлять ее движением. Почему она плавает в воздухе?
Примечание. Если опыт не получается, то обратите внимание на размер ватки. Часто опыт не получается из-за ее больших размеров.
Возьмите эбонитовую палку, наэлектризуйте ее. От нее по индукции на
электризуйте металлический диск разборного конденсатора. Возьми
те диск в руку за эбонитовую ручку, опустите на него ватку. Сверху к ватке поднесите эбонитовую палку. Ватка начинает прыгать от диска к палке и обратно. Почему?
Возьмите станиолевую ленту длиной 30 см, шириной 2 см. Одним концом ее закрепите на хорошем изоляторе (стеариновая свеча, эбонитовая палка) на расстоянии 15—20 см от стержня штатива. Второй конец ленты сверните в рулон при помощи круглой палочки. Сообщите ленте электрический заряд. Почему лента развертывается?
Вновь зарядите ленту и быстро коснитесь ее пальцем. Почему лента скручивается? Опыт следует повторить несколько раз. Воздух в классе обладает небольшой электропроводностью. Поэтому опыт нужно проводить быстро.
Присоедините к полюсам электрофорной машины по нити длиной 30—50 см, вторые концы которых свешиваются и располагаются параллельно на расстоянии 7—12 см. Приведите машину в действие. Почему нити постепенно притягиваются друг к другу до соприкосновения? Разрядите машину — нити расходятся. Вновь зарядите и т. д. Объясните наблюдаемые явления.
Установите полюсы электрофорной машины с промежутком 70—80 мм и слегка зарядите ее. Возьмите кусочек ватки массой 3—5 мг и опустите его на один из полюсов. Почему ватка начинает прыгать с одного полюса на другой?
Можно показать перемещение ватки между ладонью и полюсом машины. Для этого раздвиньте полюсы машин, руку расположите на расстоянии 100 мм от полюса, внесите ватку и наблюдайте явление.
В процессе движения ватки машину слегка подзаряжайте.
Гильзу из станиоля поместите на тонкой шелковой нити между полюсами электрофорной машины. (Расстояние между полюсами должно быть примерно 15 см.) Приведите в действие машину. Гильза начинает «плясать» между полюсами и вокруг них. Почему гильза «пляшет» между полюсами и почему иногда делает круги вокруг того или другого полюса?
Если гильза остановилась между полюсами, то ее следует подтолкнуть.
Разведите полюсы электрофорной машины и приведите ее в действие. Затем соедините полюсы машины межХу собой для разрядки. После того как машина будет разряжена, соедините один из ее полюсов с кондуктором электрометра при помощи проводника с изолирующей ручкой.
Почему электрометр заряжается?
Потрите газетой воздушный детский шар, поднесите к потолку и отпустите. Шар остается висеть у потолка и может находиться в таком положении сутками. Почему?
Наэлектризуйте два шара о газету. Подвесьте их на длинных нитях рядом. Почему они отталкиваются?
Наэлектризуйте один шар о газету, а второй — о кусок шерстяной материи. Подвесьте их на некотором расстоянии друг от друга. Почему они притягиваются? Особенно хорошо видно их взаимодействие, если один из шаров катить по поверхности стола, то за ним катится и другой. Почему?
К слабой струе воды из водопроводного крана или специального сосуда поднесите наэлектризованную палочку (рис. 74). Почему струя отклоняется в сторону палочки?
Возьмите пластины раздвижного конденсатора и закрепите их за эбонитовые ручки в лапках штатива так, чтобы пластины располагались горизонтально на расстоянии 10—15 см друг от друга. Пластины соедините с полюсами электрофорной машины. На нижнюю пластину насыпьте мелко нарезанной бумаги, фольги и т. п. Если привести машину в действие, то наблюдается «пляска» кусочков фольги, бумаги.
Одновременно кусочки фольги постепенно выходят из промежутка между пластинами. Как объяснить «пляску» и выход кусочков фольги за пределы пластин?
Интересно протекает аналогичный опыт с шариком от настольного тенниса. Предварительно поверхность шарика следует покрыть графитом карандаша. Пластины конденсатора расположите строго горизонтально на расстоянии 8—10 см. Соедините их с полюсами электрофорной машины и
приведите ее в действие. На нижнюю пластину бросьте шарик. Он будет перемещаться от одной пластины к другой с легким барабанным боем.
Объясните наблюдаемое явление.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЧЕРЕЗ ВЛИЯНИЕ
Поднесите к электрометру заряженную палочку и коснитесь шарового кондуктора. Стрелка отклоняется. Одновременно пальцем другой руки прикасайтесь к шаровому кондуктору электрометра. Стрелка приходит в нулевое положение. Уберите палец, а затем наэлектризованную палочку. Стрелка электрометра отклоняется. Как объяснить наблюдаемое явление?
Зарядите электрометр (электроскоп) отрицательным зарядом. Медленно подносите к нему издалека положительно заряженную палочку из органического стекла. Вначале угол отклонения стрелки уменьшается до нуля. При дальнейшем приближении заряженной палочки вновь происходит отклонение стрелки электрометра. Как объяснить это явление?
Возьмите палочку из плексигласа или эбонита, хорошо ее наэлектризуйте и перемещайте около какой-либо спектральной, безэлектродной трубки. При этом в трубке наблюдается свечение газа. Особенно хорошо светится неон. Как объяснить свечение?
Опыт следует проводить в темноте.
Как опытным путем определить знак заряда на одном из полюсов электрофорной машины?
Зарядите султан и поднесите к нему руку. Почему бумажные полоски притягиваются к руке?
Установите между пластинами конденсатора колесо Франклина. Соедините пластины с полюсами электрофорной машины и зарядите конденсатор. Колесо Франклина приходит во вращательное движение. Почему?
Уберите пластины конденсатора и присоедините колесо Франклина к одному из полюсов электрофорной машины. Приведите в действие машину, колесо начинает вращаться. Почему?
Интересно наблюдать вращение колеса Франклина в затемненном кабинете. В этом случае наблюдается свечение ионизованного воздуха около концов вращающегося колеса в виде светящегося кольца.
Примечание. Если колесо Франклина отсутствует, то для указанного опыта можно использовать большую магнитную стрелку, вокруг которой закрутите медный провод, зачищенный от изоляции. Один конец провода отогните на 1,5—2 см в одну сторону, другой — в другую. Подставка магнитной стрелки ставится на пластину диэлектрика, острие ее соединяется с полюсом электрофорной машины. Когда машина заработает, стрелка с проводом будет вращаться.
Каково назначение шаров на концах стержней полюсов электрофорной машины? Ответ проверьте на опыте. Для этого снимите шары (верхний шар отвертывается) и получите разряд между
Рис. 75 Рис. 76
концами стержней. Длина его в пределах 5—10 мм. Установите шары, искровой разряд получается длиной 100 мм и более. Опыт наглядно демонстрирует, что с острых частей наблюдается сильное стекание зарядов, а с шаров почти нет.
Зарядите демонстрационный конденсатор, внесите в него две пластины из одного металла, находящиеся в соприкосновении, разведите их (рис. 75) и коснитесь ими электрометров. Почему на пластинах обнаруживаются заряды?
Между пластинами конденсатора, соединенными с полюсами электрофорной машины, подвесьте на нити параллельно пластинам металлическую трубку (рис. 76, а). Зарядите конденсатор. Трубка устанавливается вдоль силовых линий поля (рис. 76, б). Разрядите машину. Трубка возвращается в первоначальное положение и т. д. Объясните наблюдаемое явление.
208*. Возьмите стеклянную трубку длиной §—8 см. Пропустите через нее нить и подвесьте между пластинами кЪнденсатора параллельно им (рис. 76, а). Пластины соедините с полюсами электрофорной машины и зарядите. При этом трубка устанавливается вдоль силовых линий электрического поля конденсатора (рис. 76, б). Почему?
Примечание. Опыт следует повторить. Для этого соединением полюсов нужно разрядить машину. Трубка возвращается в первоначальное положение. Конденсатор вновь нужно зарядить, и она устанавливается вдоль поля.
На штативе закрепите воронку с резиновой трубкой на конце и с зажимом. Воронку заполните водой и получите тонкую струю, которая будет течь между пластинами конденсатора (рис. 77). Внизу поставьте ванну для сбора воды. Пластины конденсатора соедините с полюсами электрофорной машины. Пока машина не работает, электрического поля нет, вода течет по вертикали. Но как только электрофорная машина начинает работать, струя воды отклоняется. Почему?
Обратите внимание учащихся на то, что отклонение струи чередуется. То она отклоняется к одной пластинке, то к другой. Это чере-
Рис. 77Рис. 77Рис. 78Рис. 78дование происходит с большой скоростью Струя воды как бы «пишет» между пластинами конденсатора наподобие электронного луча в кинескопе. Почему отклонение струи меняется?
Рис. 77
Рис. 77
Рис. 78
Рис. 78
Опыт получается легко даже при малой зарядке пластин конденсатора. Расстояние между пластинами в нашем опыте равнялось 15 см.
Электрический ветер. Возьмите стеариновую свечу с малым пламенем и установите на подъемном столике. На одном из полюсов электрофорной машины закрепите проволоку, один конец которой установите на уровне пламени, на расстоянии 4—5 см от него. Если привести в действие машину, то пламя свечи гаснет. Почему?
Возьмите из набора Горячкина по электролизу стакан и крышку с двумя закрепленными медными электродами. Клеммы крышки соедините проводниками с полюсами электрофорной машины (можно использовать индукционную катушку). Заполните стакан дымом, опустите незаряженные электроды в стакан и затем достаньте их. Дым в стакане сохраняется.
Зарядите электрофорную машину и электроды. Опустите их в стакан с дымом. Дым в стакане моментально исчезнет. Как объяснить исчезновение дыма?
На этом явлении основано действие различных дымо- и пылеуловителей электростатического характера.
Поставьте два электрометра вблизи друг от друга так, чтобы расстояние
между корпусами было около 10 мм. Соедините проводником шар одного электрометра с полюсом электрофорной машины, шар второго — с другим полюсом. Полюсы машины разведите и приведите ее в действие. Между корпусами электрометров наблюдается непрерывный искровой разряд (рис. 78), хотя корпуса изолированы от шаров и стержней со стрелками. Объясните наблюдаемое явление.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. ПОТЕНЦИАЛ
Возьмите электрометр Брауна с шаровым кондуктором. На расстоянии 40 см от него, несколько выше, закрепите в лапке штатива наэлектризованную пластину плексигласа. (В опыте использовалась пластина длиной 50 см и шириной 6 см. Ее желательно иметь в кабинете физики для опытов по электростатике.) Почему заряжается
электрометр? Как устранить действие электрического поля заряженной пластины на электрометр?
После получения ответа возьмите лист жести и внесите его между пластиной и шаровым кондуктором. Почему стрелка электрометра приходит в нулевое положение? Уберите лист жести, стрелка электрометра приходит в первоначальное положение.
Внесите пластину плексигласа от демонстрационного конденсатора. Угол отклонения стрелки электрометра уменьшается. Уберите пластину плексигласа. Стрелка электрометра занимает первоначальное положение. Почему?
Примечание. Опыт протекает уверенно, если расстояние между шаровым кондуктором и вносимой пластиной составляет 5—8 см.
Вариант опыта по защите от электрических полей. Возьмите электрометр Брауна с большим или малым шаровым кондуктором. Наэлектризуйте пластину плексигласа и закрепите ее в лапке штатива выше электрометра, но несколько в стороне, на расстоянии 30—40 см от шара. Стрелка электрометра отклоняется.
На шар электрометра наденьте металлический стакан от калориметра или используйте конусообразную насадку от термостолбика. Нужно иметь в виду, что рука экспериментатора должна быть изолирована от стакана, насадки. Стрелка приходит в нулевое положение. Если стакан снимете, то стрелка примет первоначальное положение. Почему?
На шар наденьте какую-либо пластмассовую кружку. Угол отклонения стрелки электрометра уменьшается. Снимите кружку, и стрелка приходит в первоначальное положение. Как объяснить наблюдаемое явление?
215*. Поставьте электрометр на столик с ножками из изолятора. Соедините стержень электрометра с землей. Будет ли отклоняться стрелка электрометра, если его корпусу сообщить заряд (или соединить корпус с заряженным проводником)?
216*. Поставьте электрометр на изолятор и зарядите его. Затем сообщите тот же заряд корпусу электрометра, пока стрелка не придет в нулевое положение. Что произойдет, если коснуться рукой стержня электрометра?
217*. Поставьте электрометр на изолятор и зарядите его. Затем соедините шаровой кондуктор электрометра с его корпусом при помощи проводника с эбонитовой ручкой. Почему стрелка приходит в нулевое положение?
Если коснуться рукой корпуса электрометра, то стрелка вновь отклоняется, правда на меньший угол. Почему?
218*. Соедините шаровой кондуктор и корпус электрометра с одним полюсом электрофорной машины, зарядите ее. Стрелка электрометра находится в нулевом положении. Удалите проводник от шарового кондуктора и коснитесь его пальцем. Стрелка отклоняется. Почему?
219*. Зарядите электрометр, стоящий на изоляторе, небольшим
отрицательным зарядом. Затем сообщите корпусу положительный заряд. Почему стрелка отклоняется на больший угол?
Поставьте электрометр на пластинку стекла или плексигласа. Зарядите корпус электрометра и дайте стрелке успокоиться. Почему при поднесении руки к шару, а также при касании шара рукой угол отклонения стрелки увеличивается?
После касания шара рукой приложите руку к корпусу. Почему угол отклонения стрелки уменьшается?
Затем вновь коснитесь шара рукой. Угол отклонения стрелки уменьшается. Почему?
Можно касаться по очереди то шара, то корпуса, пока стрелка не дойдет до нуля.
Вариант опыта. Поставьте электрометр на пластинку изолятора, зарядите его шар до небольшой разности потенциалов и дайте стрелке успокоиться. Коснитесь рукой корпуса электрометра. Почему угол отклонения стрелки увеличивается?
Зарядите шар электрометра положительным зарядом и подносите сверху к шару отрицательно заряженную эбонитовую палочку. Угол отклонения стрелки уменьшается. Подносите отрицательно заряженную палочку снизу к корпусу. Угол отклонения стрелки увеличивается. Почему?
Можно найти такую траекторию движения отрицательно заряженной палочки к электрометру, когда угол отклонения стрелки не будет изменяться.
Вариант опыта. Поставьте электрометр на пластину диэлектрика и зарядите его корпус положительным зарядом. Когда стрелка успокоится, снизу к корпусу поднесите положительно заряженную пластинку из оргстекла. Почему угол отклонения стрелки увеличивается?
Если сверху поднести к шару положительно заряженное тело, то, угол отклонения стрелки электрометра уменьшается. Почему?
Возьмите два электрометра с шаровыми кондукторами. Зарядите один из них. Пробным шариком коснитесь внутренней поверхности заряженного шара, а затем незаряженного. Этим доказывается отсутствие заряда на внутренней поверхности.
Далее проводником соедините шар незаряженного электрометра с пробным шариком. Последним коснитесь различных точек внутренней и внешней поверхности заряженного шара. Стрелка незаряженного электрометра отклоняется, а угол отклонения стрелки заряженного электрометра уменьшается. Почему?
Наэлектризуйте палочку из эбонита (плексигласа) и подносите к отдельным участкам ее неоновую лампочку (рис. 79), которую держите за цоколь, а пяткой касайтесь палочки. Лампочка вспыхивает. Почему?
Одновременно следует обратить внимание учащихся на то, что электрические заряды не перемещаются по диэлектрику. Об этом говорит опыт с неоновой лампочкой, которой мы касаемся различных точек наэлектризованого диэлектрика. Если коснуться наэлектризованного тела из металла, то там будет только одна вспышка.
Рис. 79
Примечание. Опыт можно повторить с любым наэлектризованным телом. В качестве индикаторов электризации тел с успехом можно использовать спектральные ।рубки, наполненные неоном, и баллоны ламп дневного света (исправные или с пере- юревшими электродами).
Положите на стол полиэтиленовый мешок и разглаживайте его руками, шерстяным шарфом, меховой шапкой и т. д. При этом он электризуется. Одной рукой возьмите мешок за угол, второй рукой возьмите за цоколь обычную электрическую лампу и подносите се баллон к мешку. В момент соприкосновения баллона с мешком наблюдается свечение лампы. Затем лампу удалите и подносите к другому месту мешка. Вновь наблюдается вспышка.
Можно взять лампу за баллон и подносить к мешку цоколем. Наблюдаются вспышки. Опыт следует проводить в темноте.
Наэлектризованный мешок подвесьте на шелковой нити к люстре или в проеме двери. Подносите к нему предмет, которым электризовали. Наблюдается взаимное притяжение. Если наэлектризуете второй мешок и поднесете к первому, то наблюдается взаимное отталкивание. Как объяснить наблюдаемое явление?
Если опыты проводить в темноте, то можно наблюдать искрение и свечение различных ламп: неоновой, лампы дневного света.
Опыты по электризации с полиэтиленовыми мешочками можно рекомендовать для проведения в домашних условиях. Аналогичные опыты по электростатике можно проводить с детскими надувными шарами, которые легко электризуются сухими руками, газетой, мехом, шерстью.
С неоновой лампочкой можно провести эффектный опыт. Возьмите и хорошо наэлектризуйте палочку из плексигласа или эбонита. Палочкой наэлектризуйте через индукцию электрометр или пластину конденсатора. Поднесите неоновую лампочку цоколем к шару электрометра или к пластине. При этом возникает яркая красивая вспышка неоновой лампочки.
228*. Возьмите пятачковую неоновую лампочку и потрите боковой частью стеклянного баллона о кожу, шелк или какой-либо другой предмет в темноте. Почему наблюдается свечение?
Примечание. Не о всякое тело при натирании возникает свечение. Его нужно подобрать. При натирании об отдельные тела возникает малая разность потенциалов, которая не вызывает свечения.
Возьмите лампу дневного света и в темноте потрите ее баллон о полиэтилейовый мешок, о какой-либо искусственный материал (рубашку), мех, газету. При этом наблюдается свечение лампы.
Лампа дневного света является прекрасным индикатором электризации тел и электрических полей.
Когда работает телевизор, поднесите баллон лампы к экрану. Она светится. Почему?
Возьмите безэлектродную трубку и пластинку плексигласа от электрофора. Вначале поднесите безэлектродную трубку к пластинке. В трубке нет никакого свечения газа.
Затем наэлектризуйте пластинку и поднесите к ней безэлектродную трубку. В момент сближения трубки с пластинкой в ней наблюдается свечение газа. Особенно хорошо светится неон.
Обратите внимание на следующее: если трубка неподвижна относительно пластинки, то свечения газа в ней не наблюдается. Если трубку перемещать относительно наэлектризованной пластинки, то в трубке наблюдается свечение газа. Объясните наблюдаемые явления.
231*. Хорошо зарядите одну пластину от демонстрационного конденсатора и перемещайте в электрическом поле заряженной пластины безэлектродную трубку. Наблюдается свечение газа в трубке. Затем внесите между трубкой и пластиной лист жести. Свечение прекращается. Почему?
На столик с изоляционными ножками положите лист жести, на него положите пластину из оргстекла. Металлическую пластину разборного конденсатора подвесьте на резиновом шнуре (для этого используйте 4—6 резиновых жилок, которые применяются в детских игрушках). Лист жести и подвешенная пластина составляют конденсатор, пластины которого должны быть строго горизонтальны. Если подвешенная пластина имеет перекос, то с той стороны, которая выше, положите какой-либо перегрузок, чтобы она располагалась горизонтально. Зазор между висящей пластиной и оргстеклом должен быть 4—6 см.
Пластину разборного конденсатора и лист жести соедините с различными полюсами электрофорной машины и приведите ее в действие. Обратите внимание учащихся на поведение верхней пластины. Она начинает притягиваться, зазор уменьшается, и, наконец, она притягивается к пластине из оргстекла. Как объяснить это явление?
Соедините полюсы электрофорной машины, она разряжается, разряжаются и пластины конденсатора. Но верхняя пластина не отходит. Почему?
Электризация цветка. На стол с изолирующими ножками поставьте горшок с цветком (столом может быть доска, расположенная на четырех граненых стаканах). Соедините проволокой один полюс электрофорной машины с цветком и приведите ее в действие. Цветок заряжается. Поднесите к нему металлический стержень. При этом наблюдается проскакивание искры, что особенно хорошо видно
Рис. 80
в темноте. Лампочка вспыхивает (рис. 80). Если ее держать в соприкосновении с цветком, то лампочка горит непрерывно.
Можно провести электризацию двух цветков разными зарядами. Для этого горшки с цветами устанавливают на отдельные изолированные столики и соединяют с разными полюсами электрофорной машины. Между цветками вносят газоразрядную трубку. Она светится (рис. 81).
Электризация человека. Прежде всего человека нужно изолировать от земли. Для этого он встает на изолированный столик и берется рукой за один из полюсов электрофорной машины. Расстояние между полюсами электрофорной машины должно быть не более 15 мм.
Приведите в действие машину и зарядите человека. Учащиеся могут подходить к нему и прикасаться к любому участку тела, что вызывает появление электрических искр (рис. 82). Они безопасны и пугают только своей неожиданностью. Однако не следует шутить с глазами. Можно взять за цоколь неоновую лампочку и подносить к различным участкам тела заряженного человека. Она будет светиться.
Подобные опыты протекают лучше в затемненном кабинете. На вечере они вызывают интерес, и ученики обычно просят повторить опыт.
Электризация человека с «султаном». Ученик встает на столик с изолирующими ножками. В одну руку берет султан, а другой держится за полюс электрофорной машины. В этом опыте расстояние между полюсами может быть больше 15 мм, но никто не должен касаться заряжаемого ученика. При зарядке ученика листочки султана расходятся во все стороны.
После демонстрации заряжаемый ученик по команде учителя убирает руку с полюса машины, встает на пол. Листочки султана опадают.
Электризация человека с колесом Франклина проводится таким же образом.
Электризация человека с баллоном лампы дневного света. Заряжаемый человек встает на столик с изолирующими ножками. Одной рукой берется за полюс электрофорной машины, в другой держит баллон лампы дневного света (расстояние между полюсами в этом случае должно быть 15—20 мм).
Приведите в действие машину, в баллоне наблюдаются вспышки. Если баллон поднести к столу, водопроводной или отопительной трубе, то в нем наблюдаются более яркие вспышки. Почему?
Второй ученик может коснуться баллона лампы, при этом в баллоне наблюдается также яркая вспышка.
При выполнении последнего опыта второму ученику следует взять в руку какой- либо небольшой металлический предмет (ключ, отвертку) и им касаться электрода лампы. В этом случае ученик не будет чувствовать укола искры.
Электризация человека без электрофорной машины. Электризуемый человек должен быть хорошо изолирован от земли — пола. Для этого он встает на резиновый коврик или на двойную-трой- ную пленку полиэтилена или стоит на сухом полу в туфлях с резиновой подошвой.
Для электризации возьмите цигейковую шапку. Ударьте человека шапкой по спине, по рукам несколько раз или потрите спину. Затем к руке наэлектризованного подносите в темноте лампу дневного света, неоновую. Наблюдается яркая вспышка лампы. Подносите к другой руке, лампа вспыхивает.
Электризация человека происходит хорошо, если на нем надета рубашка из искусственного материала. Электризуемый человек может взять в руку султан, листочки которого расходятся. Если поднести руку к мелко нарезанной курительной бумаге, то листочки притягиваются.
Электризуемый человек может взять в руку лампу дневного света. Когда его наэлектризуете, он касается вторым концом лампы водопроводной трубы или другого человека. При незначительной электризации можно коснуться лампой носа, щеки, волос и т. д. Лампа вспыхивает. Почему?
Описанный опыт ученики могут выполнить в домашних условиях.
СИЛА ТОНА, НАПРЯЖЕНИЕ, СОПРОТИВЛЕНИЕ
ТОК КАК ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
«Живая» электрическая цепь. Всем учащимся, присутствующим на вечере, предлагают взяться за руки и образовать «живую» электрическую цепь. Электрофорную машину заряжают (причем расстояние между полюсами машины должно быть не более 15 мм). Крайние ученики одновременно касаются свободными руками полюсов заряженной электрофорной машины, и по цепи протекает кратковременный электрический ток.
Светящиеся слова. Для опыта на стекло наклейте маленькие кусочки фольги шириной 0,5—1 см с промежутками между ними 0,2—0,4 мм. Отдельные участки букв и сами буквы соедините между собой проволочками (рис. 83). К началу и концу слова подведите проводники от полюсов электрофорной машины или борнов высоковольтного преобразователя «Разряд-1». В темноте наблюдается красивое свечение слова или буквы. Как объяснить наблюдаемое явление?
Светящаяся трубка. Для опыта возьмите стеклянную трубку длиной 25—30 см и диаметром от 3 до 5 см. Концы ее оклейте фольгой. С обоих концов трубки вставьте пробки, в которые закрепите проволочные крючки, и соедините их тонкими проводниками с фольгой. Узкие полоски фольги шириной 0,5 см наклейте на трубку в виде спирали, лезвием бритвенного ножа на полосках сделайте разрезы через 3—4 мм. Трубку подвесьте на штативе. К ее проволочным крючкам подведите провода от борнов высоковольтного преобразователя или полюсов электрофорной машины. Для успеха опыта лучше взять преобразователь на 12 В, ИВ-100. При работе по спирали протекает ток, а в разрезах наблюдаются искровые разряды, которые вспыхивают и гаснут красивой змейкой. Опыт хорошо проводить в темноте.
От искрового разряда между полюсами электрофорной машины может воспламениться ватка, смоченная эфиром и закрепленная на конце проволоки.
Приведите в действие электрофорную машину с расстоянием между полюсами 5—6 см (чем больше расстояние, тем больше мощность искры, тем быстрее загорится ватка). Ватку внесите между полюсами перед проскакиванием искры, которое определите на слух. Если ватка при одном разряде не загорелась, уберите ее. Машину зарядите и вновь внесите ватку.
Этот опыт показывает и объясняет возникновение пожаров в результате атмосферных разрядов — молний. Искровой разряд представляет собой кратковременный электрический ток, который сопровождается выделением теплоты. Температура воздуха около разряда повышается до температуры воспламенения эфира.
Опыт с молниеотводом. Подготовка и установка опыта. Из листов бумаги для рисования склейте макет дома. Его размеры в основании 200X150 мм, высота крыши— 120 мм, На боковых стенках сделайте вырезы для окон (рис. 84). Дом установите на металлическом листе 4. Внутри дома на листе установите проволочку 3, на верхнем конце которой закрепите кусочек ватки 2, смоченной эфиром. Через крышу дома пропустите вторую проволочку /, нижний конец которой должен касаться металлического листа, а верхний выступать над крышей на 5 см. Эта проволочка служит молниеотводом. Металлический лист с домом расположите на столике 5 с изолирующими ножками и соедините его с одним полюсом электрофорной машины, которую затем зарядите. Разрядник поднесите одновременно к концу молниеотвода на расстояние 3—5 см и к другому полюсу машины. Между молниеотводом и шариком разрядника наблюдается электрический разряд. Разряд (молнию) воспроизведите несколько раз. Учащиеся убеждаются, что при наличии молниеотвода дом останется невредимым. Затем проволочку /, играющую роль молниеотвода, удалите. Вновь покажите электрический разряд через дом. Последний вспыхнет.
Электрические явления в атмосфере в XVIII в. изучал русский ученый Г. В. Рихман, который, выполняя опыты с атмосферным электричеством, погиб.
Рис. 84
Пластины демонстрационного плоского конденсатора соедините со стержнем и корпусом электрометра Брауна. Одну из них зарядите через индукцию от наэлектризованной палочки. Пластины установите на расстоянии 4 см друг от друга и внесите между ними маленький шарик из станиоля, висящий на шелковой нити. Вы увидите, как шарик будет быстро двигаться от одной пластины к другой (см. схему опытной установки на рис. 85). Объясните наблюдаемое явление.
Соедините пластины конденсатора с полюсами электрофор- ной машины и зарядите их. Введите между пластинами конденсатора электрический маятник (шарик из фольги на нити). Он будет колебаться от одной пластины к другой.
Если между пластинами конденсатора ввести пластину диэлектрика из плексигласа, маятник притягивается к диэлектрику и прекращает колебания. Почему?
При введении металлической пластины маятник продолжает колебаться. Почему?
Вариант опыта. Пластины плоского конденсатора расположите вертикально на расстоянии 8—10 см. В пространство между пластинами конденсатора внесите шарик, подвешенный на шелковой нити и покрытый графитом карандаша. Пластины конденсатора соедините с полюсами электрофорной машины и приведите ее в действие. Шарик будет колебаться между пластинами с легким барабанным боем. Почему?
Затем внесите шарик, подвешенный на нити, но не покрытый графитом. В электрическом поле он притянется к одной из пластин и не будет колебаться. Почему?
Возьмите кусок тонкого станиоля, оберните им баллон элек-
Рис. 85Рис. 85Рис. 86Рис. 86
Рис. 85
Рис. 85
Рис. 86
Рис. 86
трической лампы до половины. Станиоль соедините с электрометром, который зарядите положительно пластинкой оргстекла, потертой о газету (рис. 86). Включите лампу в сеть. Когда она загорится, стрелка электрометра приходит в нулевое положение.
Если электрометр по индукции зарядите отрицательно той же пластинкой, потертой о газету, то заряд электрометра сохраняется. Как объяснить наблюдаемое явление?
Соберите электрическую цепь из 1—2 элементов, лампочки на 2,5—3,5 В, ключа и соединительных проводов. Причем под гайку одной клеммы элемента зажмите конец провода с эмалевой изоляцией.
Дайте ученикам задание: найдите неисправность в этой простой электрической цепи.
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ
Картофельный элемент. К клеммам гальванометра демонстрационного амперметра присоедините медные провода. К концу одного из них прикрепите железный провод или гвоздь. Воткните медный провод и гвоздь в картофелину — стрелка гальванометра отклоняется (рис. 87). Почему?
Примечание. В опытной установке (рис. 87) картофель можно заменить яблоком, луковицей или каким-либо овощем, и тогда вы получите яблочный или овощной элемент.
Концами двух разнородных проводников, присоединенных к гальванометру, касаемся языка. Гальванометр показывает ток. Почему?
Здесь уместно провести беседу о том, что нельзя делать коронки для зубов из разных металлов.
Возьмите из набора по электролизу одну цинковую и две медные пластинки, лампу на 1 В и соедините по схеме
(рис. 88). Вставьте цинковую пластинку посередине, а медные — по бокам соленого огурца. Нить лампы накаливается (правда, накал получается слабым). Почему?
Возьмите латунную и цинковую пластинки, соедините их с гальванометром и опустите в сосуд с водой. Гальванометр обнаруживает ток. Почему?
Почему при увеличении расстояния между пластинками сила тока уменьшается, при уменьшении — увеличивается? Почему при изменении площади погружения пластинок сила тока изменяется? Если в воде растворить немного поваренной соли, то сила тока в цепи увеличивается. Почему?
Эту опытную установку полезно рассмотреть при изучении закона Ома для полной цепи, чтобы доказать наличие внутреннего сопротивления у источника тока.
Цинковую и латунную пластинки, соединенные с гальванометром демонстрационного амперметра и предварительно смоченные, приведите в соприкосновение. Почему гальванометр отмечает ток?
Возьмите калориметр и гальванометр. Одну клемму гальванометра соедините с алюминиевым сосудом, а другую — с латунным, наполненным водой. Почему при переливании воды из внешнего сосуда калориметра во внутренний гальванометр отмечает ток?
Если при переливании воды струя будет большего сечения, то гальванометр отмечает большую силу тока. Почему?
Примечание. В опыте используется гальванометр демонстрационного амперметра.
Возьмите алюминиевый сосуд от калориметра, налейте в него воды и соедините с одной клеммой гальванометра. Проводник, присоединенный ко второй клемме, опустите в воду (рис. 89). Почему гальванометр отмечает ток?
Для определения содержания соли в почве создан прибор — гальванический солемер. Он состоит из металлического стакана и эбонитовой палочки с цинковым сердечником. В стакан берут исследуемую почву, подливают дистиллированную воду и опускают эбонитовую палочку. Металлический стакан и цинковый сердечник подсоединяют к миллиамперметру (гальванометру). По степени отклонения стрелки судят о содержании соли. Проведите аналогичный опыт. Для этого используйте алюминиевый сосуд от калориметра, цинковую пластинку, землю и воду.
Батарея элементов В. В. Петрова. Первый русский электротехник В. В. Петров изготовил крупнейшую для своего времени батарею гальванических элементов и при работе с нею сделал ряд важных открытий. С принципом устройства и действия батареи можно ознакомить учащихся. Для этого вырежьте несколько кружков из меди или латуни и такое же число кружков из цинка. Кружки сложите, чередуя их, а между ними поместите прокладки, сделанные из материала, пропитанного раствором нашатыря или поваренной соли. При подключении батареи к гальванометру последний обнаруживает ток.
Возьмите медный и угольный электроды, присоедините их к гальванометру и опустите в раствор электролита. Заметьте направление отклонения стрелки гальванометра. Замените угольный электрод цинковым. Почему стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону?
Всем известно, что дистиллированная вода не является проводником электрического тока. Возьмите два угольных электрода, бывших в употреблении, из набора по электролизу, включите их в электрическую цепь (рис. 90) и опустите в дистиллированную воду. Почему в цепи появляется ток?
После раэбора первой части опыта поставьте новый вопрос: будет ли наблюдаться в цепи ток, если выключить аккумулятор? Цепь будет состоять из гальванометра, двух угольных электродов, опущенных в стакан с водой, и соединительных проводов.
Обычно ученики говорят, что тока не будет, так как нет источника тока. После получения ответов замкните цепь. Гальванометр отмечает ток. Почему?
Металлический чайник (железный или медный) и алюминиевый сосуд от калориметра соедините проводниками с гальванометром (рис. 91). В чайник налейте чай, в котором растворите немного поваренной соли. Переливая чай, наблюдается возникновение тока. Почему возникает ток?
Изменяя длину и толщину струи, отмечаем изменение силы тока1. Объясните это явление.
См.: Правдин Н. А. Демонстрация зависимости сопротивления от длины сечения и материала проводника.— Физика в школе, 1960, № 6, с. 92.
Рис. 91Рис. 92
Возьмите раствор медного купороса и два угольных электрода, присоединенных к гальванометру. Почему при опускании угольных электродов в раствор медного купороса ток не возникает?
Пропустите через раствор ток от постороннего источника. Причем на одном из электродов получите отложение меди. Затем, отключив источник тока, прибор подключите к гальванометру. В цепи возникает ток. Почему?
К отрицательному полюсу щелочного аккумулятора присоедините проводник. Если этот проводник касается металлического корпуса аккумулятора, то проводник нагревается. Почему? Какой отсюда следует практический вывод?
Электрическую лампу прикрепите к шнуру, на конце которого имеется вилка. Один проводник разрежьте (рис. 92). При включении лампы в сеть она не будет гореть, так как в цепи имеется разрыв. С помощью прибора проверьте электропроводность различных твердых и жидких тел, соединяя концы разрезанного проводника стеклом, деревом, проволокой. Налейте в стакан дистиллированной воды и опустите в нее концы проводников. Лампа не будет горсть. Растворите в воде немного поваренной соли и снова опустите концы проводников в раствор. Лампа горит. Проделайте опыты с другими растворами и т. д.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. РЕОСТАТЫ
Возьмите проводник, состоящий из отдельных медных, железных проволок одинакового диаметра, соединенных последовательно. Пропустите через него ток (проводник подключите к сети через какой- либо реостат). При этом одни участки нагреваются до красного каления, другие едва теплые.
Как объяснить это явление и где оно используется в практике?
Составьте проводник из медной, железной и никелиновой проволок одинакового диаметра и длины. Параллельно к отдельным участкам подключите одинаковые лампы. Почему они горят с разным накалом (рис. 93)?
Возьмите проводник из никелина или нихрома длиной 100—120 см, диаметром 0,3 мм и подключите к выпрямителю ВС-24М или автотрансформатору. Последовательно с проводником включите демонстрационный амперметр. К цепи подведите постоянный или переменный ток 0,2 А. Вначале концами проводников от лампы 3,5 В коснитесь середины проводника (рис. 94). Лампа не горит. Перемещайте проводники в разные стороны до тех пор, пока лампа не загорится нормальным накалом. Как объяснить наблюдаемое явление?
Затем несколько сблизьте концы проводников так, чтобы накал нити лампы уменьшился. Доведите силу тока в цепи от 0,2 до 0,4 А. Лампа горит ярче. Почему?
В опыте был использован переменный ток напряжением 5—7 В и в пределах 0,2—0,4 А. Перед опытом проводник следует зачистить шкуркой.
Между штативами натяните тонкую никелиновую проволоку, последовательно с ней включите один или два реостата, рассчитанных на силу тока 5 А или более. На проволоку в 2—3 местах повесьте бумажные полоски шириной 3 см. Включите установку в сеть. Увеличивая силу тока, обратите внимание учащихся на те места, где висят бумажки. Почему эти места разогреваются сильнее?
Возьмите кусок проволоки из никелина, нихрома от обмотки старого реостата, вышедшего из строя, длиной 100 см, диаметром 0,3 мм. Часть проволоки свейте в плотную спираль при помощи карандаша, а вторую часть оставьте прямой. Включите проводник в электрическую цепь, состоящую из реостата на 30 Ом и силу тока 5 А, амперметра, ключа и батареи аккумуляторов или выпрямителя ВС-24М (последний удобнее, так как у него в цепи постоянного тока есть амперметр и вольтметр).
При демонстрации доведите силу тока до 3,5—4 А. Участок из спирали нагревается до красного каления, а прямой участок нагревается слабее. Почему?
Составьте электрическую цепь из отрезка цепочки от часов (учебной модели часов) длиной 50—80 см, батареи элементов (аккумуляторов) 6 В, гальванометра, шунтированного на 10 А, ключа и соединительных проводов. Замкните цепь. При этом стрелка амперметра стоит на нуле. Возьмите концы цепочки, поднимите ее над столом так, Чтобы она провисла. Следите за показаниями амперметра и растягивайте цепочку, постепенно увеличивая ее натяжение. При этом сила тока в цепи будет возрастать, что заметно по все большему отклонению стрелки амперметра от нуля. Чем объясняется это явление? Какие места цепочки во время опыта нагреваются сильнее?
РИС. 93РИС. 93Рис. 95Рис. 95
РИС. 93
РИС. 93
Рис. 95
Рис. 95
Иногда штепсельная розетка и вставленная в нее вилка, присоединенная к каким-либо электрическим приборам, начинают сильно нагреваться. Почему? Что нужно сделать для устранения этого нагревания?
Зависимость сопротивления металла от температуры. Возьмите две лампы: одну — на 220 В, мощностью 100 Вт без баллона, а вторую — на 3,5 В и силой тока 0,28 А. Соедините их последовательно и включите через автотрансформатор или выпрямитель ВС-24М. Подайте в цепь переменный ток напряжением 10—15 В. Слегка подуйте на спираль первой лампы, почему вторая горит ярче? Получив ответ, чуть нагрейте спираль первой лампы спичкой, накал второй уменьшается. Почему?
Опыт протекает наглядно и убедительно. Маловольтная лампа в опыте оказывается очень чувствительна к самому легкому дуновению (охлаждению) или к слабому нагреванию спирали.
Примечание. В опыте используется установка (см. рис. 101), последовательно к которой соединяется лампа на 3,5 В и подводится переменный ток.
Как изменятся показания вольтметра, амперметра, степень накала лампы при передвижении ползунка реостата вправо (рис. 95) ? Ответ проверьте опытом.
Соберите электрическую цепь из батареи элементов на 3—5 В, магазина сопротивлений, амперметра, ключа. Вольтметр подключите параллельно к магазину сопротивления. Замкните цепь и обратите внимание учащихся на то, что амперметр показывает силу тока в несколько ампер, а вольтметр ничего не показывает.
Как можно объяснить наблюдаемое явление?
Примечание. Для опыта используются демонстрационные приборы: магазин сопротивлений, амперметр на 10 А, вольтметр.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕСОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ
Возьмите универсальный трансформатор с катушкой на 220 В и катушкой для электросварки. В зажим катушки для электросварки закрепите параллельно два медных проводника (рис. 96): один — диаметром 0,3 мм, второй — 1,3 мм. Длина каждого проводника 7 см.
Какой проводник будет сильнее нагреваться?
После ответа первичную катушку включите в сеть. На опыте наблюдается сильное нагревание толстого проводника (до красного каления — может даже перегореть). Почему?
Поставьте перед учениками вопрос: если взять два проводника — медный и железный или нихромовый равного сечения и длины и включить параллельно, то который из них будет сильнее нагреваться?
Ответы будут самые противоречивые, после их получения проведите демонстрацию. Для постановки опыта возьмите универсальный трансформатор с катушкой на 220 В и катушкой для электросварки (см. рис. 96). В опыте мы использовали проводники диаметром 0,3 мм и длиной 12 см. Концы проводников, предварительно зачищенных, закрепили в зажимах катушки для электросварки. Когда включили трансформатор в сеть, то медный проводник нагрелся до красного каления за 3—5 с.
После опыта проведите разбор.
Соберите электрическую цепь по рисунку 97 из лампы на 220 В, мощностью 25—50 Вт и реостата на 5000 Ом. Включите в сеть и вводите сопротивление реостата, пока накал лампы не будет слабым.
Если теперь параллельно реостату подключить вольтметр, то накал лампы увеличивается. Почему?
Опыт на сообразительность. Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 98). Она состоит из одного сухого элемента, гальванометра, двух реостатов на 100 и 30 Ом, ключа. С помощью реостата /
Рис. 96Рис. 96Рис. 97Рис. 97
Рис. 96
Рис. 96
Рис. 97
Рис. 97
установите в цепи ток, при котором стрелка гальванометра отклоняется на одно деление. Сопротивление реостата 2 выведено.
Как подключены реостаты, до разбора задачи ученикам не говорится. Демонстрация заключается в следующем: увеличьте сопротивление реостата 2, при этом увеличиваются показания гальванометра. Если сопротивление реостата 2 уменьшаете, то показания гальванометра уменьшаются. Просим объяснить наблюдаемое явление. Ученики должны сообразить, что реостат 2 подключен к гальванометру параллельно, и обосновать свой ответ.
Соберите электрическую цепь, состоящую из двух реостатов по 1000—1500 Ом, лампы на 3,5 В и ключа (рис. 99). Включите собранную цепь в сеть переменного тока напряжением 220 В при разомкнутом ключе. Что будет наблюдаться в цепи, если замкнуть ключ?
Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 100). Для этого возьмите сухой элемент или аккумулятор, реостат на 500—1000 Ом, гальванометр, ключ, спираль. Последнюю изготовьте из стальной проволоки диаметром 0,3 мм и длиной не менее 20 см. Стрелку гальванометра установите на крайнее деление, замкните цепь. С помощью реостата добейтесь, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на 5—6 делений. Как будут изменяться показания гальванометра, если нагревать спираль? После получения ответа нагревайте спираль в пламени спиртовки. Показания гальванометра увеличиваются на 3—4 деления. Выполните нагревание спирали несколько раз.
Соберите электрическую цепь, состоящую из 1—2 элементов, реостата на 300—500 Ом, гальванометра и ключа. Параллельно к гальванометру подключите угольный стержень от карандаша длиной 4 см. Замкните цепь и установите такую силу тока, чтобы стрелка гальванометра отклонялась почти на всю шкалу.
Нагревайте угольный стержень в пламени спички или спиртовки. Почему показания гальванометра уменьшаются?
Примечание. Вместо элементов можно использовать выпрямитель ВС-24М или ВС-4-12.
Термоэлемент из электролампы. Возьмите электрическую лампу без стеклянного баллона, вверните ее в патрон, укрепленный на небольшой подставке (рис. 101). Клеммы прибора соедините с гальванометром демонстрационного амперметра. Горящей спичкой нагревайте место соединения спирали с проволочкой — электродом. При этом стрелка гальванометра отклоняется на 2—3 деления. Почему возникает ток?
Примечание. Для удобства снятия баллона на стекле около цоколя сделайте надрез ребром напильника.
Возьмите две лампы одинаковой мощности, но разного напряжения. Одна — на 120 В, вторая — на 220 В. Поставьте вопрос: которая из ламп будет гореть ярче при последовательном соединении? Получив разные ответы, замкните цепь и спросите, которая из ламп на 120 В.
Выслушав ответы, выполняем теоретические расчеты. Используя законы Ома и формулу для расчета мощности, доказываем, что лампа на 220 В обладает почти в три раза большим сопротивлением, чем лампа на 120 В при одинаковой мощности. Отсюда на ней будет большее падение напряжения и она будет гореть с большим накалом.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА
Модель лампочки Лодыгина. Возьмите колбу вместимостью 500 см3, в горлышко которой вставьте деревянную (резиновую) пробку. Через пробку пропустите два электрода из медной проволоки диаметром 3—4 мм. На нижних концах электродов сделайте отверстия, в которых закрепите графитовый стержень от карандаша. Лампу подключите к источнику тока напряжением 12 В. Наблюдаются раскаливание угольного стержня (рис. 102) и заполнение колбы дымом. Последнее обусловлено тем, что кислород воздуха поддерживает горение. Для устранения этого явления на ламповом заводе из колб откачивают воздух и заполняют его инертным газом.
Две лампы одного напряжения, но разной мощности (100 Вт и 15 или 25 Вт) соедините последовательно. Спросите учеников: какая лампа будет светить ярче?
Примечание. Лампы до получения ответа не включать.
Большинство учеников, не задумываясь, говорят, что гореть будет ярче лампа мощностью 100 Вт. После включения ламп в сеть все с удивлением наблюдают, что ярче горит лампа мощностью 15 Вт (или 25 Вт), а лампа мощностью 100 Вт совсем не горит.
Некоторые ученики предлагают поменять лампы местами Выполните это пред-
Рис 102
ложение (при этом вначале вывертывайте лампу мощностью 15 Вт, а ввертывайте ее последней).
Другие ученики высказывают мысль о том, что лампа мощностью 100 Вт перегоревшая. Тогда при наличии включения ламп в сеть выверните лампу мощностью 100 Вт, и все наблюдают, что лампа мощностью 15 Вт не горит. Затем вверните лампу мощностью 100 Вт — и лампа мощностью 15 Вт загорается. Последний опыт показывает, что лампы включены последовательно и по нити каждой из них протекает ток.
После этого учащиеся обычно дают правильный ответ. У лампы мощностью 15 Вт сопротивление больше, и по закону Джоуля — Ленца при одной и той же силе тока в ней будет выделяться теплоты во столько раз больше, во сколько сопротивление ее больше сопротивления лампы мощностью 100 Вт (для доказательства можно привести теоретические расчеты сопротивлений ламп).
Две лампы одинаковой мощности (одна — на 127 В, другая — на 220 В, об этом присутствующим пока не говорите) соедините параллельно. Включите их в сеть напряжением 127 В. Горят они по-разному. Почему? Многие ученики затрудняются ответить на этот вопрос, и только отдельные отвечают правильно: лампы рассчитаны на разное напряжение.
На вечере физики можно показать простой опыт с двумя лампами, объяснение которого вызывает интерес.
Соберите схему электрической цепи по рисунку 103. Замкните контакты 1 и 3. Обратите внимание присутствующих на яркое горение ламп. Разомкните контакты / и 3 и замкните контакт 2. Лампы горят с недокалом. Попросите учеников объяснить наблюдаемое явление.
В одной школе ученик ответил так: «Различное горение ламп объясняется тем, что в одном случае их включают параллельно, а в другом — последовательно». Казалось бы, этим ответом можно удовлетвориться. Но необходимо поставить дополнительный вопрос: в каком случае лампы включены параллельно и в каком — последовательно? Почему в одном случае они горят полным накалом, а в другом — с недокалом? Эти вопросы помогут выяснить правильность понимания явления учениками.
Три лампы, рассчитанные на одно и то же напряжение, одинаковой мощности, включите в схему электрической цепи, собранной по рисунку 104. Ответьте на вопросы:
Как будут гореть лампы, если замкнуть ключ / и ключ 2 (на контакт а)?
Как будут гореть лампы, если ключ 1 разомкнуть, а ключ 2 замкнуть на контакт б?
Ответы проверьте на опыте.
На рисунке 105 дана схема электрической цепи. Поясните, как будут гореть лампы одинаковой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение, при различных положениях выключателя: «Включено» и «Выключено». Теоретические объяснения проверьте на опыте.
Присоедините последовательно две низковольтные лампы к батарее элементов на 5—6 В. Почему иногда одна лампа горит, а вторая — нет? Не торопитесь и дайте правильный ответ, который можете проверить на опыте.
Как нужно включить в сеть с напряжением 220 В электрическую лампу (60 Вт, 220 В), реостат с сопротивлением 200 Ом и с предельной силой тока 2—2,5 А, чтобы с помощью ползунка реостата можно было бы изменять накал лампы от нуля до максимума? (На вечере одновременно с постановкой вопроса можно показать изменение накала лампы, не объясняя схему соединения до получения ответа.)
Реостат и две электрические лампы одинаковой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение, включены в сеть электрического тока (рис. 106). Поясните, как будут гореть лампы и как будет изменяться их накал при перемещении ползунка реостата. Ответ проверьте на опыте.
Возьмите две лампы, мощностью 100 Вт каждая, рассчитанные на напряжение 220 В. Соедините их между собой параллельно и включите в сеть последовательно с реостатом на 500 Ом, сопротивление которого введите полностью (рис. 107). Обе лампы горят одинаково с недокалом.
Поставьте вопрос: что будет наблюдаться, если вывернуть одну из ламп? После получения ответа выверните одну лампу. Почему накал второй лампы увеличивается?
Включение лампы на 3,5 или 6 В в сеть напряжением 220 В. Возьмите лампу мощностью 60 Вт, рассчитанную на напряжение 220 В, и лампочку от карманного фонарика на 3,5 В и силу тока 0,28 А.
Покажите их ученикам и поставьте перед ними вопрос: что произойдет, если включить в осветительную сеть напряжением 220 В? Многие ученики говорят, что лампочка от карманного фонарика немедленно перегорит при включении ее в сеть. После получения ответа соедините лампы последовательно и включите в сеть. Ученики наблюдают, что обе лампы горят нормальным накалом. Этот простой опыт оказывается для учеников неожиданным и производит большое впечатление.
В заключение опыта следует произвести расчеты и математически доказать ученикам, что для нормального накала обеих ламп требуется примерно одинаковая сила тока.
Две лампы одинаковой мощности и напряжения соедините последовательно и подключите их параллельно к реостату (рис. 108). Ползунок реостата соедините со средним проводником. Установите ползунок посередине реостата и замкните цепь. Лампы горят с одинаковым накалом. Переместите ползунок в сторону. Теперь лампы горят с разным накалом. Почему?
На рисунке 109 показано включение трех одинаковых ламп. Одинаков ли будет их накал? Ответ проверьте на опыте.
Соберите электрическую цепь, состоящую из действующей модели электрического двигателя постоянного тока, низковольтной лампы на 2,5—3,5 В, ключа и батареи элементов на 5—6 В. Придерживая рукой якорь двигателя, замкните цепь. Обратите внимание на лампу — она горит полным накалом. Затем отпустите якорь (если он не крутится, то толкните его рукой) и посмотрите на лампу: накал ее уменьшается. Объясните почему.
295*. При подключении электрической цепи с лампами одинаковой мощности (рис. НО) к сети наблюдается отсутствие тока на участке BD. Чем это объяснить? Если одну лампу (например, <3) заменить лампой другой мощности, то на участке BD возникает ток. Объясните почему.
Почти в каждой квартире на месте ввода электропроводки устанавливается небольшой щиток, на котором имеются плавкие предохранители (рис. 111). От них идут провода к электрической лампе, розетке и т. д. В квартире погасла исправная лампа. Требуется
Рис. 111Рис. 111а ттоь $а ттоь $проверить исправность плавких предохранителей. С помощью какого прибора можно это осуществить? Как проверить, подходит ли ток к щитку? Как проверить исправность каждого предохранителя?
Рис. 111
Рис. 111
а ттоь $
а ттоь $
Соберите электрическую цепь по. рисунку 112: / и 2— плавкие предохранители, 3—неоновая лампа, 4—лампа накаливания. Объясните:
Почему при исправных плавких предохранителях лампа накаливания горит полным накалом, а неоновая не горит?
Если предохранитель 2 неисправен (вывернем его), то наблюдается горение неоновой лампы, а лампа накаливания не горит. Почему?
Протекает ли ток через лампу накаливания в последнем случае?
Примечание. Опыт можно видоизменить, заменив неоновую лампу обычной.
Демонстрация искрового разряда между электродами автомобильной свечи. Соберите следующую опытную установку: свечу закрепите в лампе штатива, ее корпус и центральный электрод присоедините к борнам высоковольтного преобразователя, его подключите к батарее элементов на 6 В и приведите в действие. Между электродами свечи возникает искровой разряд. Кусочек ваты, прикрепленный к концу проволоки и смоченный эфиром, поднесите к искровому разряду между электродами. Вата вспыхивает. Эта вспышка происходит аналогично вспышке горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.
Иногда между электродами свечи образуется мостик из нагара и электрический разряд не возникает, вспышки горючей смеси не происходит. Для демонстрации указанного явления введите в зазор между электродами кусочек угля и пронаблюдайте отсутствие раз-
ряда.
Электрическая дуга. Горение электрической дуги можно получить с помощью самодельного прибора. Для этого к двум угольным электродам присоедините изоляционной лентой по проводнику и укрепите их на деревянных стержнях длиной 300 мм (рис. 113). Дугу можно подключить к автотрансформатору типа КАТ от киноустановки «Украина», у которого имеются гнезда на 30 В. Деревянными ручками сводите угли до соприкосновения и разводите. Наблюдается горение дуги в воздухе. Затем, опустив угли в воду, получите горение дуги в ней.
На опыте с дугой можно убедиться в ее использовании для электрической сварки. Для этого концы двух полосок кровельного железа
положите на один из углей дуги, сверху подводите второй уголь. Возникает дуга, и полоски свариваются.
Примечание. Во всех опытах с дугой нужно надевать черные очки или прикрывать глаза красным стеклом.
Свеча Яблочкова. Возьмите два угольных электрода от электрической дуги стационарной киноустановки или от батарейки карманного фонаря (угольные стержни у батарейки небольшого диаметра, и такая свеча при горении требует небольшой силы тока). Для установки угольных стержней используйте деревянную (эбонитовую, текстолитовую) пластинку размером 100Х80Х X Ю мм, в ней просверлите два отверстия под угли с зазором 1 мм. Из латуни изготовьте два цилиндра высотой 2—2,5 см с внутренним диаметром, равным диаметру угольных стержней, и вставьте в них стержни. Угли устанавливают на подставке вертикально и параллельно с зазором 1 —1,5 мм (рис. 114), который может быть заполнен белой глиной или гипсом. На подставке закрепите две клеммы, от них к углям подходят проводники, которые могут выдержать силу тока до 10 А.
Рис. 113Рис. 113Рис. 114Рис. 114Для зажигания верхние концы углей свечи замыкаются углем. Как только концы углей свечи раскалятся, замыкающий угольный стержень убирают. Свеча горит ярким светом. Не забудьте перед свечой поставить красное стекло.
Рис. 113
Рис. 113
Рис. 114
Рис. 114
301*. Возьмите катодную трубку, поднесите к ней сбоку наэлектризованную эбонитовую палочку и перемещайте ее около трубки. При этом наблюдается красивое свечение экрана трубки.
Поднесите наэлектризованную палочку к электроду трубки, который раньше соединялся с «отрицательным полюсом» вторичной обмотки высоковольтного преобразователя. На экране трубки возникает светлая полоска катодных лучей. Объясните наблюдаемое
явление.
302*. Возьмите гальванометр, поставьте его на столик со стеклянными ножками и соедините одну клемму с полюсом электрофорной машины, а вторую — с тонким проводником длиной 2—3 м. Второй конец проводника укрепите на эбонитовой палочке.
Приведите машину в действие. Стрелка гальванометра отклоняется. Почему? Если опыт проводить в темноте, то можно наблюдать вокруг провода коронный разряд.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТОКА
303*. Между электродами высоковольтного преобразователя укрепите проволоки (рис. 115), расстояние между которыми должно быть не более 8—10 мм. Приведите в действие преобразователь от батареи аккумуляторов на 12 В. Между проволоками возникает электрический разряд. Внимательно присмотревшись к нему, увидите, что он возникает в узкой части, затем поднимается и прекращается, вновь возникает, поднимается и прекращается. Как объяснить подъем разряда? Где используется подобное физическое явление?
Возьмите две катушки на 220 В от трансформатора, наденьте их на стальной стержень (лучше гладкий, никелированный стержень от штатива), расположенный горизонтально. Установите катушки на расстоянии 5—6 см друг от друга и включите их в сеть. Почему катушки притягиваются? (Если они отталкиваются, то следует поменять проводники на клеммах одной из них или перевернуть вилку в гнездах розетки.)
После опыта по притяжению катушек расположите их рядом и, изменив направление тока в одной из катушек, как указано выше, включите в сеть. Катушки отталкиваются и расходятся на расстояние до 10 см. Почему?
«Сознательные» катушки. Возьмите катушку Томсона, выньте из нее сердечник и вставьте в нее другой железный сердечник длиной 10 см, диаметром 1,5—2 см. Последний будет длиннее катушки на 3—4 см. Катушку закрепите в лапке штатива. При этом ее сердечник должен быть в горизонтальном положении. Рядом расположите самодельную катушку диаметром 7 см, которая состоит из 200 витков проволоки толщиной 0,3 мм.
Катушки установите витками параллельно друг другу с зазором 1—2 см. Для питания током используйте выпрямитель ВС-24М. В опыте берется напряжение 25 В и сила тока, протекающего по каждой катушке, 1,5—2 А. Самодельную катушку подвесьте на двух длинных нитях и подключите к выпрямителю через реостат на 10—20 Ом.
Покажите, что при замыкании цепи самодельная катушка в одном случае притягивается, а в другом — отталкивается, перевертывается и вновь притягивается к катушке Томсона. Происходит все быстро, и опыт следует повторить. Цепь замыкается на мгновение. Как объяснить наблюдаемые явления?
Взаимодействие магнита и катушки с током. Закрепите прямой магнит горизонтально в лампе штатива. Рядом с магнитом на длинной нити подвесьте самодельную катушку, описанную в предыдущем опыте. Плоскость витков должна быть перпендикулярна магниту. По виткам катушки про-
пустите постоянный ток 1,5 А от выпрямителя ВС-24М.
Замкните цепь. Катушка отталкивается от магнита, перевертывается и надевается на магнит. Почему?
Возьмите моток медного провода диаметром 0,2—0,25 мм, такой, чтобы при подключении его к клеммам постоянного тока выпрямителя ВС-24М сила тока в проводе была 8—10 А. Почему при замыкании цепи моток сжимается, а при размыкании — расходится? Опыт повторите.
В лапке штатива закрепите катушку Томсона в горизонтальном положении. Около
сердечника подвесьте петлю из елочной мишуры или из полоски металлической фольги от конденсатора. Пропустите по ней ток. Она раздвинется и наденется на сердечник. Опыт повторите и попросите объяснить.
Катушка и полоска питаются постоянным током от выпрямителя ВС-24М. Последовательно с полоской фольги или мишуры включите реостат. Сила тока в цепи 2,5—3,5 А.
Соберите опытную установку по рисунку 116. Она состоит из катушки медной проволоки в 20 витков, которую подключают к батарее аккумуляторов на 6—10 В; двух половинок железного кольца с крючками. Если замкнуть электрическую цепь, то половинки железного кольца, взаимодействуя, притягиваются и могут удержать груз массой от 3 до 10 кг. Почему?
Примечание. Масса удерживаемого груза зависит от числа витков, размеров железного кольца и силы тока.
Удерживающая сила электромагнита. Закрепите на высоте 150—180 см между двумя штативами металлический стержень, на который подвесьте школьный кольцевой электромагнит. Пропустите через его обмотку максимальный ток. Через кольцо якоря пропустите второй железный стержень. Проверьте, насколько прочно электромагнит притягивает якорь. После этого предложите ученику взяться за стержень и подтянуться к нему. Электромагнит удерживает ученика. Многие после этого опыта желают проверить на себе силу притяжения электромагнита.
Примечание. Для страховки между якорем и стержнем следует иметь шнур.
Возьмите катушку на 220 В от универсального трансформатора и расположите ее на столе. Над ней закрепите сердечник (ярмо), причем конец сердечника на 1—2 см должен входить внутрь ее. Включите катушку на одно мгновение в сеть напряжением 220 В. При этом катушка подпрыгивает вверх. Почему?
В установку предыдущего опыта внесите изменение: сердечник подвесьте на пружине. Почему при включении катушки на одно
мгновение в сеть напряжением 220 В наблюдается одновременное движение катушки вверх, а сердечника — вниз?
Вариант опыта. У катушки Томсона удалите сердечник и закрепите его вертикально над катушкой. Между ними должен быть зазор 2—4 мм. Включите на мгновение катушку в сеть напряжением 120 В. При этом она подпрыгивает, надеваясь на сердечник. Опыт протекает быстро, и его следует повторить. Объясните наблюдаемое явление.
Катушку Томсона закрепите в лапке штатива, снизу поставьте ее сердечник, который должен входить внутрь катушки на 2—4 мм. Включите катушку в сеть напряжением 120 В. Сердечник подпрыгивает и парит в воздухе, находясь внутри катушки.
К катушке, закрепленной в лапке штатива, вместо сердечника снизу поднесите 5—8 больших магнитных стрелок. При включении катушки в сеть стрелки подпрыгивают, некоторые проскакивают внутри катушки вверх, и все парят в воздухе. Обратите внимание на то, что одни полюсы стрелок взаимодействуют с магнитным полюсом нижнего конца катушки, другие — с магнитным полюсом верхнего конца. Кроме того, стрелки, взаимодействуя между собой, отталкиваются друг от друга.
Примечание. Катушку Томсона без сердечника следует включать в сеть переменного тока на 120 В непродолжительно. Ее можно включать через автотрансформатор, подводя переменный ток напряжением 30—40 В или постоянный ток напряжением 25 В и силой тока 1,5 А. Во всех случаях опыт протекает хорошо.
Вместо магнитных стрелок возьмите горсть стальных шариков диаметром 0,5—1 см и поднесите к катушке снизу. Подведите к катушке ток, как указано выше. Шарики подпрыгивают внутрь, а отдельные выпрыгивают через катушку.
Вместо магнитных стрелок или шариков можно взять три-четыре железных стержня диаметром 1—3 мм и длиной 12—15 см. Поднесите их снизу к катушке и включите ее в сеть. Стержни рывком втягиваются внутрь катушки и висят в воздухе. Они взаимодействуют между собой, отталкиваясь друг от друга, на что следует обратить внимание учащихся.
Возьмите катушку на 220 В от универсального трансформатора без сердечника и соедините ее последовательно с реостатом сопротивлением 30 Ом, рассчитанного на силу тока 5 А. В катушку вставьте две пластинки из жести, подвешенные на нитях. Собранную цепь включите в сеть переменного тока напряжением 120 В. Почему пластинки отталкиваются?
ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ
Возьмите дугообразный магнит и поднесите его к картонке (стеклянной пластине). Магнит не притягивает эти тела. Положите картонку (стеклянную пластину) на мелкие гвозди, вновь поднеситё магнит и поднимите его, при этом поднимается картонка (стеклянная пластина), а за ней — гвозди. Почему?
Вариант опыта. Возьмите алюминиевый сосуд от калориметра, внесите внутрь его магнит. Сосуд нс притягивается. Поставьте сосуд на мелкие гвозди или железные опилки. Поднесите магнит и поднимайте. При этом алюминиевый сосуд, а под ним гвозди или опилки поднимаются. Почему?
Возьмите железную пластинку и покажите, что она не намагничена. Если ее поднести к железному гвоздю, то он не притягивается.
Подвесьте на нити железную пластинку. К одному ее концу поднесите магнит. Пластинка притягивается. Поменяйте местами пластинку и магнит. Поднесите пластинку к висящему магниту. Почему магнит притягивается к железной пластинке?
В старших классах указанный опыт можно использовать для подтверждения третьего закона Ньютона.
Возьмите постоянный дугообразный магнит и подберите стальной шарик, который бы слабо притягивался и удерживался одним из полюсов магнита. Приложите к другому полюсу магнита стальную пластинку и пытайтесь поднимать шарик, как показано на рисунке 117. В этом случае ша
рик легче поднимается и сильнее удерживается магнитом. Почему?
Возьмите кусок ножовочного полотна длиной 15—20 см, мысленно разбейте его на четыре части и намагнитьте. Для этого северным полюсом постоянного магнита водите по крайним частям, а южным — по средним. (На рисунке 118 стрелками показано движение полюсов при намагничивании.) Затем поднесите к железным опилкам. Почему они притягиваются к концам и середине полученного магнита? Где подобное явление используется на практике?
«Волшебная банка». Положите на экспериментальный стол стекло таким образом, чтобы часть его выдвигалась за край стола. На эту часть стекла положите боком железную банку из-под консервов. Ученик, находящийся под столом, перемещает сильный дугообразный магнит снизу стола, чем и вызывает движение банки. Чтобы банка не скатилась со стола, по краям его можно положить линейки.
Опыт проходит следующим образом.
Ведущий объявляет: «Сейчас покажем опыт, который называется «волшебная банка». Он берет банку, показывает ее учащимся и говорит: «Вот перед вами банка. Она как будто обыкновенная, но вместе с тем может выполнять мои приказания». После этого ведущий кладет банку боком на стекло и отдает приказания: «Банка, повернись влево. Банка, остановись. Банка, повернись вправо» и т. д. Все учащиеся с большим интересом следят за двигающейся банкой.
Примечание. Во время предыдущего опыта свет в кабинете выключают, и один из ассистентов ведущего, управляющий движением банки с помощью магнита, незаметно забирается под стол. После следующего опыта свет также выключают, и ученик выходит из-под стола. Опыт объясняют в конце вечера.
«Волшебная трубка». Постановка опыта. Ведущий объявляет, что ученик М. имеет «волшебную трубку», с помощью которой он может прочитать число, составленное из цифр на картонных пластинках, любым желающим. Ученик М. удаляется в лаборантскую или отворачивается. Один из учащихся подходит к столу и начинает набирать число, причем каждую цифру он предварительно показывает классу, а затем кладет на стол и получившееся число прикрывает газетой. Ученик М. с трубкой начинает отгадывать цифры по порядку. Каждую из отгаданных цифр записывает на доске. Когда все они отгаданы, цифры показывают и сверяют с записью на доске. После первого опыта ученики просят повторить его, что и выполняется.
Полное объяснение опыта дают в конце вечера.
Для опыта проводится следующая подготовка. Намагнитьте 1—2 использованных ножовочных полотна и сломайте их на куски длиной 6 см. Вы получите несколько магнитов. Нарежьте квадратные листки картона со стороной 7 см. Между каждыми двумя листками заклейте по одному магниту в различных положениях. Сверху каждого листка с магнитом напишите одну из следующих цифр: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Изготовьте трубку из плотной бумаги в несколько слоев длиной 20 см. Внутренний диаметр трубки сделайте таким, чтобы с одного конца ее можно было закрепить небольшой компас. На лимбе компаса нанесите те же цифры, что и на листках с магнитами. Цифры наносятся следующим образом: все листки с цифрами уложите в ряд, поднесите к ним по очереди трубку, смотрите в каждом случае, как располагается северный полюс магнитной стрелки, и ставьте против него соответствующую цифру.
Полет самолета. Из бумаги вырежьте самолет длиной 5 см. Вдоль него в бумагу вставьте иголку. Перед классом на стойке повесьте карту. С обратной стороны карты отметьте главные города.
Перед опытом незаметно для учащихся за карту заходит один из ассистентов ведущего с дугообразным магнитом.
Ведущий говорит, что самолет может перемещаться по карте из одного города в другой. Допустим, он будет на одном из аэродромов Москвы. С последними словами ведущий подносит самолет к Москве и отпускает его..Самолет удерживается на карте дугообразным магнитом.
Ученики называют города, и самолет «перелетает» в указанные на карте места.
Этот занимательный опыт увлекает присутствующих. В конце вечера, когда они узнают суть физического опыта, им хочется еще раз проделать его.
На дно колбы (бутылки), заполненной водой, упала стальная булавка. Как вынуть ее, не опрокидывая колбы и не опуская внутрь ее каких-либо предметов?
Легкую иголку подвесьте на короткой нити вблизи магнита так, чтобы она притягивалась к магниту, не касаясь его, и висела в воздухе. Поднесите к иголке горящую спичку. Иголка падает. Остыв, она вновь притягивается к магниту. Объясните это явление.
Рис. 119
Дугообразный магнит положите на край стола. Возьмите тонкую иглу с ниткой и положите на один из полюсов магнита. Затем осторожно тяните иглу за нить до тех пор, пока игла не соскочит с полюса. При этом наблюдается интересное явление: игла висит в воздухе (рис. 119).
В зазор между иглой и полюсом магнита в 4—5 мм внесите лист бумаги, фанерную дощечку, пластинку из латуни. В каждом случае игла остается висеть в воздухе. Но стоит внести в зазор пластинку из железа и замкнуть полюсы магнита, как игла падает. Почему?
Если пластинку из железа вносить сбоку, не касаясь полюсов магнита, то игла отталкивается от ближайшего конца пластинки, оставаясь висеть в воздухе. Объясните это явление.
Спичку подвесьте на тонкой нити длиной 50—60 см. Поднесите к головке спички сильный магнит, она почти не притягивается. Сожгите серную головку спички и вновь поднесите магнит. С расстояния 1,5—2 см головка спички притягивается к магниту. Если магнит отводить в сторону, то вместе с ним перемещается и спичка.
Почему притягивается головка спички к магниту? Попытайтесь выяснить сами. О составе спичечной головки прочитайте в Большой Советской Энциклопедии (М., 1976, т. 24, кн. I, с. 329).
Дугообразный магнит своими полюсами удерживает железные предметы. Поднесите сверху второй такой же магнит (рис. 120). Почему железные предметы отпадают?
Возьмите дугообразный магнит и подберите стальной шар, который удерживался бы одним из полюсов (рис. 121). Что произойдет с шаром, если магнит замкнуть якорем?
Примечание. Для подобного опыта нужен хороший магнит. Если вышел из строя какой-либо электроизмерительный прибор, то можно использовать от него магнит.
Возьмите дугообразный постоянный магнит и поднесите его к кучке шурупов. Когда магнит поднимете, то на полюсах и между ними будет висеть гирлянда из шурупов. Поднесите второй магнит одноименными полюсами. Гирлянда останется висеть. Поднесите
Рис. 120Рис. 120
Рис. 120
Рис. 120
второй магнит разноименными полюсами. Гирлянда разрывается, и большинство шурупов отпадает. Остаются висеть отдельные шурупы на полюсах магнита.
Объясните наблюдаемое явление.
Возьмите стальную линейку или плоскую пружину и намагнитьте ее. Поднесите к какому-либо железному предмету, например к гвоздю, последний притянется (рис. 122). Согните линейку (пружину) так, чтобы концы сошлись. При этом притянувшееся тело падает. Почему?
К дугообразному магниту поднесите якорь с крючком. На крючок подвесьте максимальный груз, который может удержать магнит. Железной пластинкой замкните полюсы магнита выше якоря. Груз с якорем падает. Почему?
Магнитное шунтирование прибора. Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 123). Она состоит из гальванометра, который
Рис. 125Рис. 125
Рис. 125
Рис. 125
шунтирован реостатом 30 Ом, второго реостата 1000 Ом, сухого элемента и ключа. С помощью реостатов добейтесь, чтобы стрелка
гальванометра отклонилась на всю шкалу.
Поднесите к стеклу гальванометра железную пластинку (ярмо от универсального трансформатора). Отклонение стрелки уменьшается. Почему?
Если убрать стекло и полностью замкнуть полюсы магнита гальванометра, то отклонение стрелки резко уменьшается. Почему?
Магнитная защита. Закрепите прямой постоянный магнит вертикально. Для данного опыта удобен магнит из электроконструктора. Рядом на подъемном столике установите большую магнитную стрелку около верхнего полюса на таком расстоянии, на котором хорошо заметно действие магнита на стрелку. Она должна отклоняться на 60—90° от плоскости магнитного меридиана. Закройте магнит водопроводной трубой (верхний конец магнита входит внутрь трубы). При этом магнитная стрелка поворачивается и устанавливается в плоскости магнитного меридиана. Для большей убеди
тельности повторите опыт несколько раз.
Магнитная защита. Два прямых постоянных магнита закрепите в штативе вертикально, располагая их по одной линии, разно
именными полюсами навстречу друг другу. Возьмите гвоздь длиной 70—100 мм с хорошо заостренным концом. Острием его поставьте на нижний магнит (рис. 124) так, чтобы между шляпкой гвоздя и верхним магнитом был зазор 4—5 мм. Вносите в зазор пластинку алюминия, меди, стекла и т. д., гвоздь стоит. Но попытайтесь в зазор внести пластинку жести, и гвоздь падает. Как объяснить наблюдаемое явление?
Подвесьте на нитях несколько иголок и подносите к полюсу магнита. Обратите внимание, что концы иголок около полюса расходятся. Почему? (Опыт следует повторить не один раз.)
Возьмите 5—6 керамических кольцевых магнита и наденьте их на круглую палочку так, чтобы они были обращены друг к другу одноименными полюсами. Внимательно рассмотрите, как они располагаются. Расстояние между магнитами А и В наибольшее, а далее ниже расстояния между магнитами постепенно уменьшаются (рис. 125). Как объяснить такое расположение магнитов?
Возьмите две самодельные катушки равного диаметра и с одинаковым числом витков. Подвесьте одну из них на нитях в плоскости магнитного меридиана, вблизи расположите большую магнитную стрелку. Подключите катушку к клеммам постоянного тока выпрямителя ВС-24М, по амперметру установите в цепи силу тока 2 А. Магнитная стрелка поворачивается в сторону катушки.
Затем первую катушку замените второй, с той же силой тока 2 А, но магнитная стрелка не отклоняется в сторону катушки. Почему?
Примечание. Катушки сделаны из медного провода диаметром 0,8 мм, по 40 витков диаметром 7—8 см.
Вблизи магнитной стрелки нельзя располагать металлический штатив, так как его стержень намагничен полем Земли и действует на стрелку.
Взаимодействие магнитных полей. Алюминиевая фольга обладает хорошей электропроводностью и легкостью. Поэтому она может быть использована для демонстрации ряда занимательных опытов1.
Соберите электрическую цепь, в которую входит: выпрямитель ВС-24М, реостат на 5—6 А, полоска фольги длиной 40—50 см и шириной 1—2 см, два ключа, между которыми закрепите при помощи ножей фольгу. Сопротивление реостата введите в пределах 3—5 Ом, силу тока подберите в пределах 2—4 А.
Фольгу накройте дугообразным магнитом и замкните цепь (рис. 126). Опыт протекает быстро, и его следует повторить несколько раз. Перед учениками ставим вопрос: почему поднимается фольга?
Затем переставьте магнит, т. е. поменяйте его полюсами. Включите ток. Почему фольга не поднимается, а прижимается к столу?
Поставьте три магнита и включите ток несколько раз на одну секунду (рис. 127). Наблюдаем опыт и просим учащихся объяснить то, что видели. Измените направление тока.
1 См.: Сиддонс Дж. Использование алюминиевой фольги в опытах по электромагнетизму.— Физика в школе, 1960, № 4, с. 79.
Рис. 127
Рис. 128 Рис. 129Рис. 128 Рис. 129Поменяйте полюсами все три магнита. Несколько раз замкните и разомкните цепь.
Рис. 128 Рис. 129
Рис. 128 Рис. 129
Закрепите вертикально два прямых магнита, сложив их одноименными полюсами. Возле магнитов расположите вертикально полоску фольги, зажатую ножами выключателей. Полоска берется длиной 40—50 см и шириной 0,5 см. Последовательно включите реостат, рассчитанный на силу тока 5—6 А. В цепь вводится сопротивление 2—5 Ом.
При замыкании цепи полоска обвивает магнит. Если изменить направление тока, то полоска разматывается с магнитов и
вновь наматывается в другом направлении. Объясните наблюдаемое явление.
В опыте используется сила тока 4—6 А от ВС-24М. Опыт протекает быстро, и его следует повторить.
Взаимодействие магнитных полей параллельных токов. Соберите электрическую цепь из реостата, рассчитанного на силу тока 5—6 А, батареи аккумуляторов или выпрямителя ВС-24М (последний удобнее) и полоски фольги шириной 2—3 мм. Подвесьте полоску, как показано на рисунке 128. Пропустите по ней ток 6—7 А. Почему полоски расходятся?
Подвесьте полоски так, чтобы по ним проходили токи одинаковых направлений (рис. 129). При замыкании цепи наблюдается притяжение полосок друг к другу. Объясните это явление.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Поднесите компас к нижней части железного ведра. Стрелка поворачивается к ведру южным полюсом. Перемещайте компас вокруг ведра, при этом стрелка все время направлена южным полюсом к ведру. Если переместите компас к верхней части ведра, стрелка поворачивается к нему северным полюсом.
Проделайте аналогичный опыт с компасом, поднося его к нижней части ножки железной кровати, потом к верхней части.
То же с железной ручкой двери или с любым другим железным предметом, находящимся дома или в школе.
Объясните странное поведение магнитной стрелки.
Вариант опыта. Возьмите большую магнитную стрелку на подставке и поднесите ее к нижнему, а затем к верхнему концу штатива. Почему стрелка поворачивается к нижнему концу штатива с любой стороны южным полюсом, а к верхнему концу — северным полюсом?
В большой корковой пробке сделайте небольшой желобок для куска проволоки. Пробку опустите на воду, а сверху положите проволоку, располагая ее по параллели. При этом проволока вместе с пробкой поворачивается и устанавливается по меридиану. Почему?
Действие магнитного поля Земли на проводник с током. Возьмите полоску фольги шириной 5 мм и длиной 40—50 см. Закрепите ее концы ножами двух ключей и расположите в плоскости магнитного меридиана. Замкните цепь и наблюдайте отклонение полоски в сторону на 1 —1,5 см. Опыт повторите несколько раз. Если измените направление тока, то полоска отклоняется в другую сторону. Почему?
Сила тока в опыте 3—6 А.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Подключите обмотку любого электромагнита к гальванометру. Почему при замыкании и размыкании полюсов электромагнита якорем гальванометр отмечает возникновение тока в цепи (рис. 130)?
Примечание. Аналогичный опыт можно провести с моделью телеграфного аппарата, звонка.
Концы катушки на 220 В с сердечником от универсального трансформатора присоедините к гальванометру от демонстрационного амперметра. Замыкайте и размыкайте ма^нитопровод якорем. При этом стрелка гальванометра отклоняется. Как объяснить это явление?
Если в опыте использовать 3600 витков дроссельной катушки, тр стрелка гальванометра отклоняется за пределы шкалы. При изучении явления индукционного тока на уроках следует использовать в качестве индукционной катушки дроссельную. Опыты будут более наглядными и убедительными. При внесении прямого или дугообразного магнита внутрь дроссельной катушки стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу.
Концы проводников от телефона присоедините к гальванометру. Вызовите движение мембраны около полюсов электромагнита телефона, то прижимая ее к полюсам, то отпуская. Почему гальванометр при этом обнаруживает ток?
Катушку от универсального трансформатора на 220 В установите на кольце штатива и подключите к гальванометру. Над ней поставьте сильный дугообразный магнит, а внутрь ее введите железный стержень длиной 25—30 см и диаметром 6—10 мм. Перемещайте стержень от одного полюса магнита к другому (рис. 131).
Почему при этом возникает ток? Где аналогичное явление используется в практике?
Замкните проводником клеммы у гальванометра демонстрационного амперметра. Возьмите сильный дугообразный маг
нит и поднесите к тому месту гальванометра, рИс. 131
где находится его обмотка. Поворачивайте
магнит вокруг продольной оси. Почему стрелка гальванометра начинает колебаться? (Колебания незначительны в пределах одного деления.)
Два универсальных гальванометра соедините между собой проводником. Если у одного из них вызвать движение стрелки, поворачивая гальванометр, то и у другого наблюдается отклонение стрелки. Это указывает на возникновение электрического тока в цепи. Чем это можно объяснить? (Гальванометры можно поменять местами.)
Катушку Томсона закрепите в лапке штатива в горизонтальном положении и подключите к клеммам постоянного тока выпрямителя ВС-24М. Регулятором добейтесь, чтобы в обмотке катушки при напряжении 25—30 В сила тока была 1,5—2 А. Прибор по правилу Ленца установите около катушки. Кольцо прибора расположите на средней части выступа сердечника. Обратите внимание уча
щихся на то, что кольцо при замыкании цепи отталкивается от катушки. Разомкнув цепь, придержите кольцо пальцем так, чтобы оно
при следующем замыкании не оттолкнулось, и разомкните цепь. Кольцо притягивается к катушке. Опыт следует повторить.
Почему кольцо при замыкании цепи отталкивается, а при размыкании — притягивается?
Возьмите универсальный трансформатор с полюсными наконечниками, которые установите на максимальном расстоянии. Включите катушку в цепь переменного тока и внесите между полюсными наконечниками малую катушку от прибора Томсона, замкнутую на лампу. Если витки катушки расположите параллельно торцовой поверхности полюсных наконечников, то лампа горит. Если плоскости витков катушки расположите перпендикулярно плоскости торцовой поверхности, то лампа не горит. Почему?
Рис. 132Рис. 132Рис. 133Рис. 133354. Возьмите две катушки от трансформатора, каждая из которых рассчитана на 120 В. Поставьте их друг на друга, соедините последовательно и подключите к гальванометру. Возьмите достаточно большой дугообразный магнит и вносите его внутрь катушек. Стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу.
Рис. 132
Рис. 132
Рис. 133
Рис. 133
Выполните переключение катушек, как показано на рисунке 132. Вновь вносите магнит внутрь катушек. Почему тока почти нет?
355. Опыт-головоломка. Возьмите проводник длиной 10 м, сложите его вдвое и сделайте катушку диаметром 4—5 см (о том, что мы имеем бифилярную обмотку, ученикам пока не говорите). Подключите концы обмотки к гальванометру и вводите внутрь ее магнит. Казалось бы, гальванометр должен отметить возникновение индукционного тока, но тока гальванометр не отмечает. Стрелка находится в покое. Как объяснить наблюдаемое явление?
Примечание. Если ученики затрудняются с ответом, надо объяснить явление.
Основную обмотку дроссельной катушки присоедините к гальванометру демонстрационного амперметра. Почему при внесении внутрь катушки водопроводной трубы возникает ток?
Поверните трубу с катушкой на 180°. Гальванометр обнаруживает ток. Почему?
Ударьте достаточно сильно молотком по концу трубы (рис. 133). Почему в момент удара возникает ток?
Переверните трубу с катушкой и вновь ударьте. Почему гальванометр отмечает в последнем случае больший ток?
Примечание. Трубу надо взять длиной 50—100 см и располагать параллельно магнитным линиям магнитного поля Земли.
Здесь уместно рассказать ученикам, что Фарадей несколько лет носил в кармане магнит, как напоминание о том, над чем ему все время следует думать (о превращении магнитных явлений в электрические) .
Изготовьте из медного провода толщиной 0,5—1,0 мм катушку в 30—50 витков диаметром 50 см и подключите ее к гальванометру демонстрационного вольтметра. Расположите катушку перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана и к магнитным линиям магнитного поля Земли. Поверните ее на пол-оборота, гальвано-
метр отмечает ток. Поверните ее еще на пол-оборота, гальванометр отмечает ток другого направления. Почему?
Примечание. Особенно хорошо опыт получается, если к гальванометру подключить усилительную приставку.
Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 134). В этой схеме мы выделим два участка. В первичную цепь входят два сухих элемента, или аккумулятора, реостат на 30 Ом, амперметр, катушка па 120 В и ключ. Вторичная цепь состоит из катушки на 12 В, замкнутой на гальванометр. В первичной цепи сила тока должна быть 0,2 А.
Замыкайте и размыкайте первичную цепь, при этом стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу. При замыкании в одну сторону, при размыкании в другую сторону.
Сопротивление первой цепи изменяйте при помощи реостата, при этом изменяется сила тока в цепи. Гальванометр отмечает возникновение тока во второй цепи. Почему?
Обратите внимание на следующее: если первичная цепь замкнута и сила тока в ней постоянная, на что указывает амперметр, то гальванометр не отмечает тока во вторичной цепи.
359*. Возьмите универсальный трансформатор с катушкой на 220 В и дроссельной катушкой. Первую катушку включите в сеть переменного тока напряжением 220 В, а вторую — к электрометру (рис. 135). Почему стрелка электрометра отклоняется, если первая катушка включена в сеть?
Примечание. Между концами вторичной обмотки возникает напряжение до 4000—5000 В. Во время опыта нельзя касаться руками электрометра, вторичной катушки, проводников Опасно!
Закрепите на валу микроэлектродвигателя марки ДП-4 мельницу, которую изготовьте из диска жести диаметром 70 мм. По радиусам сделайте надрезы и произведите изгиб лопаток. Проводники от микродвигателя соедините с гальванометром. Направьте на мельницу поток воздуха от вентилятора или пылесоса. При этом возникает ток. Почему?
361*. Соберите электрическую цепь из де монстрационного школьного звонка, батареи щелочных аккумуляторов на 6 В, ключа и проводников, имеющих на концах металлические трубки.
В качестве трубок можно использовать металлические гильзы от дробового ружья. Обратите взимание на правильное соединение проводников с трубками. Они подключаются к выводам от катушек электромагнита звонка, минуя прерыватель (рис. 136).
Прикоснитесь руками к полюсам батареи аккумуляторов (при разомкнутой внешней цепи) или попросите коснуться другого товарища. При этом он не ощущает никакого тока.
Затем предложите этому же товарищу взять в руки трубки, а сами замкните электрическую цепь звонка. Ученик, ощутив удар, бросает провода.
Рис. 136Рис. 136Объясните, почему так получается.
Рис. 136
Рис. 136
Опыт протекает с большим интересом. Все присутствующие желают проверить опыт на себе.
362*. Соберите схему электрической цепи по рисунку 137 из катушки на 220 В от универсального трансформатора с замкнутым сердечником, батареи аккумуляторов на 6 В, ключа и неоновой лампы на 127—220 В, которую подключите параллельно катушке. При замыкании цепи лампа не горит. При размыкании цепи наблюдается вспышка неоновой лампы. Почему?
Если катушку снимете с сердечника, то вспышки лампы бывают слабые или могут отсутствовать. Почему?
Наденьте катушку на сердечник. Вспышки становятся сильнее. Почему?
Замкните сердечник, вспышки становятся еще ярче. Почему? Указанный опыт лучше проводить с дроссельной катушкой.
363*. Дроссельную катушку наденьте на сердечник универсального трансформатора. Соедините ее обмотку в 3600 витков последовательно с лампой на 3,5 В й подключите к клеммам постоянного тока выпрямителя ВС-24М. Параллельно катушке с лампой подсоедините вторую лампу на 3,5 В через реостат к тем же клеммам.
Если замкнуть цепь, то почему вторая лампа загорается сразу, а первая с запозданием в 2 с?
Реостат и вторую лампу уберите, сердечник разомкните, убрав ярмо. Замкните цепь катушки с лампой. Когда лампа будет гореть
нормальным накалом, замкните сердечник ярмом. При этом лампа гаснет с запаздыванием на 1—1,3 с. Почему?
Если при горении лампы размыкать сердечник, удаляя ярмо> то лампа кратковременно вспыхивает. Почему?
Примечание. До постановки опытов подобрать необходимое напряжение. С помощью регулятора мы установили напряжение по вольтметру 13—15 В.
364*. Соберите электрическую цепь, состоящую из батареи элементов на 6 В, лампы накаливания и демонстрационного школьного звонка, соединенных последовательно, неоновой лампы на 120 В, присоединенной параллельно обмотке электромагнита (рис. 138).
Почему при замыкании цепи лампа накаливания не горит, а неоновая горит?
Если проводник от клеммы В присоединить к клемме N, т. е. выключить прерыватель звонка, то лампа накаливания горит, а неоновая нет.
365*. Соберите электрическую цепь из катушки на 220 В с замкнутым сердечником от трансформатора, реостата на 50—70 Ом, гальванометра, реохорда, 1—2 щелочных аккумуляторов и ключа (рис. 139). Замкните цепь, перемещением ползунка реостата и скользящего контакта реохорда установите стрелку гальванометра в нулевое положение. Почему при замыкании цепи стрелка гальванометра отклоняется в одном направлении, при размыкании — в другом?
Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 140) ^ Она состоит из двух сухих элементов, или аккумуляторов, двух реостатов по 30 Ом, катушки трансформатора на 220 В с замкнутым сердечником, гальванометра и ключа. До замыкания цепи установите подвижный контакт на реостате 2 в среднее положение. После замыкания цепи с помощью этого контакта установите стрелку гальванометра в нулевое положение. Следует обратить внимание учащихся на то, что хотя
Рис. 138Рис. 138Рис. 139Рис. 139Рис. 140Рис. 140См.: Малафеев Р. И. Беседы с учащимися — одна из форм проблемного обучения.— Физика в школе, 1978, № 5, с. 58.
Рис. 138
Рис. 138
Рис. 139
Рис. 139
Рис. 140
Рис. 140
стрелка гальванометра на нуле, но ток в цепи есть. Ставим первый вопрос: как объяснить это явление?
Далее демонстрируем, что при размыкании цепи стрелка гальванометра отклоняется в одну сторону, при замыкании — в другую. Почему?
Опыт повторяется несколько раз.
367*. Соберите электрическую цепь, состоящую из следующих приборов: электрического демонстрационного звонка, лампы накаливания на 6,3 В, катушки универсального трансформатора на 220 В с замкнутым сердечником, батареи щелочных аккумуляторов из 6—8 элементов, ключа и неоновой лампы ТН-20, которую подключите параллельно катушке (рис. 141).
Замкните цепь. При этом наблюдается горение неоновой лампы, а нить низковольтной лампы чуть накаливается.
Если выключить звонок, то лампа накаливания ярко загорается, а неоновая не горит. Почему?
368*. Можно ли нить лампы, рассчитанной на 127 В, накалить от батареи аккумуляторов на 12 В? Если можно, то как это сделать?
Для опыта используйте катушку ИВ-100, питающуюся от батареи аккумуляторов на 12 В. Параллельно первичной обмотке катушки подключите электрическую лампу накаливания на 127 В (рис. 142).
Расстояние между электродами катушки установите максимальным. Замкните цепь, и нить лампы накаливается. Почему?
Если взять небольшое расстояние между электродами, то нить лампы почти не накаливается. Почему?
Медный провод сложите в виде плотной гармоники. Чтобы провода не расходились, их можно связать. Концы провода присоедините к гальванометру и перемещайте провод в магнитном поле дугообразного магнита перпендикулярно магнитным линиям. Почему гальванометр не отмечает возникновения тока? Согласно закону индукции при перемещении проводника в магнитном поле должна возникать ЭДС индукции. Не противоречит ли наш опыт этому закону?
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Возьмите катушку Томсона с сердечником. Включите ее в цепь переменного тока. Наденьте на сердечник сплошное медное кольцо. Обратите внимание учащихся на то, что оно висит в воздухе
и нагревается. Чем объясняется наблюдаемое явление? Где исполь- |уется оно в практике?
Когда кольцо сильно нагреется, передайте его учащимся, чтобы они убедились в нагреве кольца. В последнем случае опыт вызывает оживление.
Здесь уместно поставить вопрос: почему медное кольцо нагревается, а обмотка катушки, состоящая из медного провода, не нагревается?
Этот вопрос следует разбирать после ознакомления учащихся с устройством и действием трансформатора. Если ученики затрудняются ответить на вопрос, тогда следует им объяснить.
На ту же катушку с сердечником наденьте медное кольцо. При наличии тока в катушке оно висит в воздухе. Поднесите к медному кольцу сплошное алюминиевое. Наблюдается притягивание одного кольца к другому. (Опыт повторите несколько раз.) Как объяснить это явление?
Если выпустить из руки алюминиевое кольцо, то они оба будут висеть, причем значительно выше, чем одно медное кольцо.
В указанных условиях возьмите медное кольцо и медленно перемещайте его вниз, за ним перемещается и алюминиевое. Но наступает такой момент, когда алюминиевое кольцо отрывается от медного и поднимается вверх. Почему?
На ту же катушку с сердечником наденьте сплошное алюминиевое кольцо. Включите катушку в сеть. Наблюдается подбрасывание кольца над сердечником. Затем возьмите разрезанное алюминиевое кольцо и наденьте его на сердечник. При включении катушки в сеть разрезанное кольцо не подбрасывается. Как объяснить наблюдаемое явление?
Включите катушку Томсона в сеть и наденьте на сердечник алюминиевое кольцо. Заметьте его положение относительно катушки и внимательно следите. Оно висит, но проходит 1—2 мин, и оно медленно опускается на витки катушки. Почему?
Катушку универсального трансформатора соедините последовательно с амперметром переменного тока на 3 А. На один конец сердечника поставьте вертикально ярмо, т. е. сердечник не будет замкнутым. Включите катушку в сеть. Сплошное алюминиевое кольцо от катушки Томсона надевайте на сердечник. Почему при этом увеличивается сила тока?
Аналогичный опыт можно провести с катушкой Томсона, надевая на ее сердечник катушку от трансформатора.
375*. Вначале покажите подбрасывание сплошного кольца с сердечника катушки Томсона. Это явление объясняется взаимодействием индукционного тока, который возникает в сплошном кольце, с током катушки. Эти токи имеют противоположные направления.
После этого возьмите самодельную катушку из 500 витков медного провода диаметром 0,3 мм и подвесьте над катушкой Томсона на тонкой резинке (рис. 143). Замкните самодельную катушку на батарею конденсаторов емкостью 58 мкФ, а первичную цепь включите
Рис. 143Рис. 1432СзРис. 1442СзРис. 144
Рис. 143
Рис. 143
2Сз
Рис. 144
2Сз
Рис. 144
в сеть переменного тока напряжением 120 В. Почему самодельная катушка притягивается?
Если самодельную катушку замкнуть накоротко, то она отталкивается. Почему?
376*. Возьмите универсальный трансформатор, катушку на 220 В соедините последовательно с лампой мощностью 75—100 Вт. К катушке на 120 В присоедините батарею конденсаторов с ключом (рис. 144). Ярмо частично размыкает цепь магнитопровода. Включите катушку с лампой в сеть при разомкнутой вторичной цепи. Лампа горит. Если вторичную цепь замкнем на емкость в 32—58 мкФ, то сила тока в первичной цепи не увеличивается, как бывает при включении обычной нагрузки, а, наоборот, уменьшается. Лампа гаснет. Почему?
377*. Возьмите универсальный трансформатор с катушками на 220 и 12 В. Катушку на 12 В подвесьте к динамометру (рис. 145) и замкните накоротко. Отметьте показания динамометра и включите катушку на 220 В в сеть переменного тока. При этом меньшая катушка приподнимается, а показания динамометра уменьшаются. Объясните наблюдаемое явление.
Регулировка накала лампы. Соберите электрическую цепь, состоящую из катушки на 220 В и электрической лампы мощностью 150—250 Вт. Собранную схему включите в сеть. Как можно регулировать накал лампы, не нарушая соединений?
Закрепите дугообразный магнит на центробежной машине (рис. 146). Если нет магнита с конусообразным наконечником, то магнит вставьте под стержень прибора по механике для демонстрации вращения тел неравной массы. Вначале установите над магнитом малую магнитную стрелку. При вращении магнита стрелка вращается. Почему?
Затем между полюсами магнита подвесьте медное кольцо, которое приходит во вращательное движение в ту же сторону, что и Магнит. Но кольцо вращается слабее. Почему вращается кольцо?
380*. Два дугообразных магнита прикрепите одноименными полюсами к оси центробежной машины. Над полюсами магнита подвесьте на длинной нити алюминиевый сосуд от калориметра (рис. 147). Приведите во вращение магниты. Почему алюминиевый сосуд вращается?
381*. На оси центробежной машины укрепите один или два дугообразных магнита. Над ними подвесьте железный диск. При вращении магнита диск также приходит во вращательное движение. Чем объяснить это явление? Где оно используется?
382. Неоновую лампу на 127 или 220 В включите в сеть переменного тока соответствующего напряжения. Посмотрите на горящую неподвижную лампу в темноте. Вы увидите непрерывное свечение. Затем приведите ее во вращательное движение с радиусом 25—50 см. При движении лампы по окружности наблюдается не сплошной светящийся круг, а прерывистый. Почему?
383*. Две одинаковые по напряжению и мощности лампы (U =220 В, Р =60 Вт) включите последовательно с разными конденсаторами в отдельные электрические цепи переменного тока. Почему лампы горят с разным накалом? В каком случае емкость конденсатора больше? (До получения ответа конденсаторы можно не показывать.)
Почему лампа, включенная последовательно с конденсатором Меньшей емкости, горит с меньшим накалом?
Кольцевой или дугообразный электромагнит соедините последовательно с лампой на 3,5 В и подключите к переменному току
Рис. 146Рис. 146Рис. 147Рис. 147
Рис. 146
Рис. 146
Рис. 147
Рис. 147
напряжением 6 В через автотрансформатор или ВС-24М. Замкните цепь, лампа горит. Подносите к полюсам электромагнита якорь, накал лампы уменьшается или совсем исчезает. Повторите несколько раз приближение и удаление якоря. Почему накал лампы уменьшается?
Опыт протекает нагляднее, если подобрать такое напряжение, при котором замыкание сердечника электромагнита якорем приводит к гашению лампы.
385*. Электродвигатель «Пионер» включите в сеть последовательно с лампой на 3,5 В. Почему двигатель при медленном вращении ротора (тормозим его рукой) потребляет больше электроэнергии (лампа горит с большим накалом), чем при быстром?
Будет ли гореть лампа при одном проводе, идущем к ней от розетки (обычно к лампе от розетки идут два провода)? Как будет гореть лампа?
387*. Как проверить, к каким клеммам на электрораспределительном щите подходит фазовый провод, а к каким — нулевой?
388*. Возьмите действующую модель электродвигателя трехфазного тока и установите статор на специальной подставке без ротора. Обмотку статора соедините треугольником и подключите ее к понижающей обмотке трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены треугольником. Над статором по его центру подвесьте связку ключей (шарик) на нити длиной 50—60 см (рис. 148). Ключи должны быть на 10—20 мм выше сердечника статора. Включите трансформатор в сеть трехфазного тока. Почему связка ключей (шарик) приходит во вращательное движение?
389*. Возьмите катушку из 40 витков проволоки диаметром 0,6 мм; диаметр витка 80 мм. Замкните ее на лампу напряжением 1,0 В и подвесьте на нити внутри статора вместо ключей (рис. 148). Почему при включении тока лампа вначале ярко вспыхивает, а затем накал ее уменьшается? При этом катушка вращается.
Если катушку разомкнуть, то она не будет вращаться. Почему?
390. Схему электрической цепи (рис. 149) следует вывесить на доске. Согласно рисунку соберите на столе опытную установку. Все лампы одинаковой мощности и рассчитаны на одно напряжение. Поставьте перед учениками вопрос: как будут изменяться показания амперметра, если мы будем включать одну лампу за другой?
После получения ответа включите одну лампу и отметьте силу тока. Включите вторую лампу, показания амперметра уменьшаются. Включите третью лампу, стрелка амперметра приходит в нулевое положение.
Просим учащихся подумать и ответить, как включены лампы. Почему амперметр показывает нуль?
391*. Возьмите универсальный трансформатор без якоря с катушками на 220 и 12 В. Клеммы катушки на 12 В замкните медным проводом. Над катушками подвесьте диск из алюминия диаметром 20 см на нити длиной 30—50 см (рис. 150). Включите первую ка-
Рис. 148Рис. 149Рис. 148Рис. 149Рис. 150Рис. 150
Рис. 148Рис. 149
Рис. 148Рис. 149
Рис. 150
Рис. 150
тушку в сеть напряжением 127 В. Диск приходит во вращение. Почему?
392*. Возьмите трансформатор на панели. Катушку на 220 В соедините последовательно с электрической лампой мощностью 100—150 Вт и включите в сеть переменного тока напряжением 220 В. Лампа почти не горит. Если вторую катушку на 120 В замкнете накоротко, лампа загорается. Почему?
Возьмите универсальный трансформатор с одной катушкой, соответствующей напряжению сети. Включите его в сеть, а на свободную часть сердечника наматываем 1—2—3 витка провода, соединенного с лампой на 2,5—3,5 В. При этом лампа не горит. Делаем 4-й виток, появляется слабый накал. Далее при 5—6 витках накал усиливается. Почему?
Во всех случаях сердечник трансформатора замкнут ярмом.
Соберите электрическую цепь из дугообразного электромагнита и лампы на 2,5—3,5 В. Обратите внимание, что в цепи источника тока нет. Затем универсальный трансформатор с катушкой на 220 В включите в сеть переменного тока. Сердечник трансформатора не замкнут, т. е. ярмо отсутствует.
Подносите электромагнит к трансформатору сверху так, чтобы сердечники были в одной плоскости. Лампа у электромагнита загорается. Если электромагнит перемещать сверху вниз в ту или другую сторону, примерно до середины высоты сердечника трансформатора, то лампа горит, но накал нити уменьшается. Как объяснить наблюдаемое явление?
Если сердечник трансформатора замкнуть ярмом, то лампа гаснет. Почему?
Возьмите индукционную катушку в полном сборе. К обмотке внутренней катушки подсоедините лампу на 3,5—6 В. Обмотку наружной катушки включите через реостат на 150—200 Ом в сеть переменного тока напряжением 120 В. Почему при замыкании цепи наружной катушки и уменьшении сопротивления реостата лампа загорается?
Если вынуть сердечник из внутренней катушки, то лампа гаснет. Почему? Опыт с сердечником повторите.
396*. Опытная установка Билимовича Б. Ф. о нагревании ферромагнетика при циклическом перемагничивании. Для опыта подберите два стержня одинакового размера: один — железный, второй — медный или латунный. Длина стержней 12—15 см, диаметр 15— 24 мм. На каждом из них закрегГите по три спички воском или парафином (рис. 151). Стержни поместите внутрь катушки на 220 В, обмотку которой соедините последовательно с реостатом на 50—60 Ом, рассчитанного на силу тока 4—5 А. Для контроля подсоедините амперметр на 5 А. Цепь включите в сеть переменного тока напряжением 220 В при силе тока 3—3,5 А.
Через 2,5 мин отпадает одна спичка на железном .стержне, затем через 0,5 мин — вторая и наконец — третья. В то же время спички на медном стержне остаются на месте. Таким образом, для проведения опыта требуется 3—4 мин.
Когда опытная установка будет собрана, но еще не включена в сеть, перед учениками поставьте вопрос: какой стержень будет сильнее нагреваться под действием магнитного поля? Этот вопрос необходим для привлечения внимания учащихся к опыту.
Большинство учащихся, не задумываясь, говорят, что сильнее будет нагреваться медный стержень. Получив ответ, проводим демонстрацию и разбор явления.
Под действием магнитного поля в каждом из стержней возникают токи Фуко. Так как медь обладает меньшим сопротивлением в несколько раз по сравнению с железом, то в ней токи Фуко будут в несколько раз больше аналогичных токов железа. На основании этого, казалось бы, что медный стержень должен нагреваться сильнее, чем железный, но опыт показывает противоположное.
Здесь будет полезно дать ученикам подержать тот и другой стержень в руках. Разница в нагреве большая. Это ощущается и руками.
Основной нагрев железного стержня происходит за счет циклического перемагничивания. Под действием переменного магнитного поля периодически поворачиваются магнитные диполи железа, т. е. совершается работа за счет энергии поля. Это приводит к усилению теплового движения и, следовательно, к увеличению внутренней энергии.
Возьмите две одинаковые катушки от универсального трансформатора на 220 В, соедините их последовательно между собой и с реостатом на 50—60 Ом, рассчитанного на силу тока 5 А. Внутрь одной катушки вставьте ярмо, а внутрь другой — такой же пр размерам сплошной железный стержень. Включите в сеть и получите силу тока в цепи 3—5 А.
Через 2—3 мин достаньте сердечники и дайте их подержать ученикам в руках. Они убедятся, что сплошной сердечник нагрелся, а ярмо не нагрелось. (Можно использовать спички, как в опыте 396.)
При этом следует обратить внимание учащихся на то, что ярмо состоит из отдельных изолированных пластин. Следовательно, токи
Рис. 152Рис. 152Рис. 153Рис. 153
Рис. 152
Рис. 152
Рис. 153
Рис. 153
Фуко сильно ослаблены в таком сердечнике, в то же время в сплошном сердечнике они вызывают значительное нагревание.
Здесь можно обратить внимание на сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов, которые делаются не сплошные с целью уменьшения потерь энергии.
398*. Соберите электрическую цепь (рис. 152): две катушки учебного трансформатора на 120 или 220 В, амперметр на 1—3 А и лампу накаливания на 100 Вт соедините последовательно. Вольтметр на 250 В подключите параллельно катушкам.
Включите цепь в сеть напряжением 220 В. Обратите внимание па то, что лампа не горит и амперметр показывает малую силу тока. Вольтметр отмечает высокое напряжение.
Переверните одну из катушек и включите цепь снова в сеть. Почему в этом случае лампа горит почти полным накалом, амперметр отмечает увеличение силы тока, стрелка вольтметра стоит почти на пуле?
399*. Возьмите лампу на 6,3 В, реостат сопротивлением на 100 Ом и составьте электрическую цепь по рисунку 153. К цепи подведите переменный ток напряжением 5—6 В от автотрансформатора киноустановки «Украина» или от школьного регулятора напряжения (РНШ). "
Вначале получите нормальный накал нити лампы. Постепенно увеличивайте сопротивление реостата, что ведет к уменьшению накала лампы. Когда сопротивление реостата будет доведено до 60— 80 Ом, нить лампы не светится, на что обращается внимание присутствующих.
После этого соберите электрическую цепь по рисунку 154. Для этого используйте два трансформатора на панелях. В линию высокого напряжения включите полное сопротивление реостата на 5000 Ом. Переменный ток напряжением 5—6 В подведите к первичной обмотке первого трансформатора. Лампу подключите к вторичной обмотке второго трансформатора. При включении тока наблюдается почти нормальный накал лампы, хотя сопротивление высоковольтной линии измеряется тысячами ом. Таким образом, сопротивление во втором опыте больше сопротивления цепи в первом опыте в 60—80 раз.
-5-6 В-5-6 ВРис. 154Рис. 154Рис. 155Рис. 155Рис. 156
-5-6 В
-5-6 В
Рис. 154
Рис. 154
Рис. 155
Рис. 155
Примечание. Опыт показывает преимущества тока высокого напряжения при передаче электрической энергии на большие расстояния
400*. Катушку универсального трансформатора нд 220 В с сердечником без ярма включите в сеть. Рядом с зазором 3—5 см расположите вторую катушку на 120 В также с сердечником без ярма, но с вольтметром на 15 В (рис. 155). Используя указанную установку, можно рассмотреть ряд интересных вопросов.
Первую катушку включите в сеть. Почему вольтметр показывает напряжение?
Увеличьте зазор между катушками. Почему показания вольтметра уменьшаются?
В зазор между катушками внесите лист жести. Почему резко уменьшаются показания вольтметра?
Вместо жести в зазор внесите лист латуни. Почему уменьшаются показания вольтметра, но в меньшей степени? (Мы использовали лист латуни размером 6X350X350 мм.)
Сердечник катушки, включенной в сеть, замкните ярмом. Почему стрелка вольтметра приходит почти в нулевое положение?
Когда зазор между катушками минимальный, а вольтметр отмечает максимальное напряжение, переведите сердечник второй катушки в горизонтальное положение. При этом оси катушек должны быть взаимно перпендикулярны между собой. Почему стрелка вольтметра приходит в нулевое положение?
401*. Соберите электрическую цепь (рис. 156), которая состоит из гальванометра от демонстрационного амперметра, диода Д7Ж и катушки на 120 В от универсального трансформатора. Катушку этой цепи расположите на расстоянии 50—70 см от универсального трансформатора с замкнутым сердечником. Обратите внимание учащихся на то, что первая цепь не имеет источника тока. Почему возникает ток в цепи с гальванометром, когда катушку трансформатора на 220 В включаем в сеть?
Выяснив причину возникновения электрического тока, здесь следует остановиться на форме сердечника технического трансформатора, благодаря которому уменьшаются потери энергии на рассеивание магнитного поля.
Продолжим опыт. В цепи гальванометра удалите катушку. Он окажется шунтированным диодом. Поставьте его рядом с трансформатором. Почему гальванометр отмечает небольшую силу тока, если трансформатор включен в сеть?
402*. Возьмите две одинаковые катушки от универсального трансформатора на 220 В и расположите их на замкнутом сердечнике. В этом случае омическое сопротивление катушек значительно меньше их индуктивного сопротивления. В цепь одной катушки (назовем ее первичной) включите амперметр на 5 А и подсоедините ее к сети. При этом амперметр отметит небольшую силу тока 0,5 А.
Поставьте вопрос: как будут изменяться показания амперметра, если вторую катушку подсоединить параллельно к первой (рис. 157)?
После получения ответа демонстрируем. Показания амперметра не изменяются. Почему?
Примечание. При подготовке опыта проверить, какие клеммы нужно соединить, чтобы магнитные потоки обеих катушек совпадали по направлению.
Поменяйте местами соединение клемм Почему сила тока резко возрастает до 5 А и
Клеммы второй катушки, предварительно отсоединив от первой, замкните медным проводом. Почему возрастает сила тока в первой катушке в два-три раза?
Рассмотрите эти же опыты при замкнутом сердечнике. Для этого удалите ярмо. Почему сила тока возрастает в первичной цепи?
Вторую катушку подключите параллельно к первой, как и в опыте 1. Почему сила тока увеличивается? Если вторую катушку при этом поднимать, то сила тока резко возрастает и ее трудно поднять. Катушка становится «тяжелой». Почему?
Поднимите вторую катушку до подключения на высоту ее длины и соедините с первой параллельно. Почему катушка вырывается из рук и насаживается на сердечник?
катушек (рис. 158). выше?катушек (рис. 158). выше?Рис. 157Рис. 157Рис. 158Рис. 158403. Возьмите сердечник от универсального трансформатора без ярма с одной катушкой на 220 или 120 В, на сердечнике закрепите полюсные наконечники. Включите катушку в сеть соответствующего напряжения и внесите между полюсными наконечниками теплоприемник, соединенный с ро- дяным манометром. Почему возникает разность уровней в манометре?
катушек (рис. 158). выше?
катушек (рис. 158). выше?
Рис. 157
Рис. 157
Рис. 158
Рис. 158
404*. Соберите электрическую цепь из батареи конденсаторов 32 мкФ, катушки на 120 В от универсального трансформатора с замкнутым сердечником (рис. 159). Параллельно катушке подключите неоновую лампу ТН-20. К цепи подведите переменный ток напряжением 30 В (можно использовать автотрансформатор киноустановки «Украина»). Обратите внимание на то, что неоновая лампа не горит. Закоротите батарею конденсаторов. При этом к неоновой лампе будет подведено максимальное напряжение 30 В, но она не горит.
Сместите якорь сердечника. Неоновая лампа ярко вспыхивает. Затем удалите якорь и поднимайте катушку над сердечником. Горение лампы вновь прекращается. Объясните наблюдаемое явление.
405*. Вариант демонстрации. Внесите изменения в схему предыдущей установки: вместо неоновой лампы включите вольтметр на 250 В параллельно катушке на 220 В, последовательно с ней — амперметр на 1,5—2,0 А, на входе цепи — вольтметр на 50 В. Включите цепь в сеть переменного тока и обратите внимание на показания вольтметров. Затем установите емкость 32 мкФ. Уберите якорь и приподнимите катушку на 4—6 см. При этом напряжение на катушке увеличится до 170 В, сила тока увеличивается в 10—15 раз, а напряжение на входе цепи будет около 30 В.
При изменении емкости или индуктивности в сторону уменьшения или увеличения напряжение на катушке и сила тока уменьшаются. Почему?
406*. Вариант демонстрации явления резонанса. Соберите электрическую цепь по рисунку 160. Катушку на 220 В от универсального трансформатора (на рисунке слева) включите в сеть напряжением 220 В. Колебательный контур (на рисунке справа) составьте из катушки на 120 В и катушки на 220 В с замкнутым сердечником, батареи конденсаторов на 58 мкФ, лампы мощностью 60 Вт и напряжением 220 В. Вначале лампа не горит. Незначительно сдвиньте якорь сердечника отдельной катушки. Появляется накал лампы. Установите емкость 4 мкФ. Накал лампы усиливается. Если далее уменьшать емкость или индуктивность контура, то накал лампы уменьшается и она гаснет. То же наблюдается при увеличении емкости или индуктивности. Почему?
407*. Соберите электронную цепь по рисунку 161, которая состоит из катушки па 220 В от универсального трансформатора I* замкнутым сердечником, батареи конденсаторов на 58 мкФ, амперметра на 1—2 А, лампы накаливания на 220 В, мощностью 100 Вт. Включите цепь в сеть переменного тока напряжением 120 В. Обратите внимание, что лампа горит достаточно ярко. Затем уменьшайте индуктивность катушки, перемещая якорь сердечника. При этом лампа гаснет. Почему?
При дальнейшем уменьшении индуктивности (снимите якорь, поднимите катушку
над сердечником) лампа вновь горит с прежней яркостью. Почему?
Уменьшайте емкость конденсатора до 16 мкФ, при этом накал уменьшается. При дальнейшем уменьшении емкости лампа вновь горит с прежним накалом. Почему?
Установите емкость 16 мкФ, якорь сдвиньте только с одной части сердечника. При этом лампа не горит, что указывает на уменьшение силы тока. Но в то же время амперметр показывает увеличение силы тока в несколько раз. Почему?
Рис. 162Рис. 162408*. Соберите электрическую цепь по
Рис. 162
Рис. 162
рисунку 162 из демонстрационного диода,рис 3
гальванометра, демонстрационного ампер-°
метра, потенциометра (реостат на 1500 Ом). В качестве источника тока можно использовать кенотронный выпрямитель или ВУП (при
использовании ВУП реостат не требуется). Замкните цепь и добейтесь протекания анодного тока.
Проделайте следующие опыты:
Поднесите к аноду диода отрицательно заряженную эбонитовую палочку. Почему уменьшается анодный ток?
Поднесите руку к аноду (можно рукой коснуться стеклянного баллона диода). Почему уменьшается анодный ток?
409*. Соберите электрическую цепь из трехэлектродной лампы (можно использовать 6Н7С или 6Н8С), гальванометра, потенциометра, ВУП (рис. 163) и проведите ряд опытов:
Получите небольшой анодный ток около одного деления гальванометра. Соедините проводником анод с сеткой. Почему сила тока
резко возрастает?
Соедините сетку с катодом. Почему сила тока резко возрастает?
Снимите с потенциометра такое напряжение, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на всю шкалу. Коснитесь проводника, соединенного с клеммой сетки. При этом отклонение стрелки галь-
нанометра резко уменьшается. Почему? (Если первоначально стрелка гальванометра отклонялась на пять делений, то при прикосновении проводника отклонение стрелки будет на одно деление.)
Присоедините к проводнику, связанного с сеткой, металлическую пластину. Наэлектризуйте эбонитовую палочку мехом и подносите к пластине. Стрелка гальванометра моментально приходит в нулевое положение и быстро вновь занимает первоначальное положение. Почему? Опыт следует повторить несколько раз.
Добейтесь, чтобы стрелка гальванометра отклонялась на 1—2 деления. Наэлектризуйте полоску плексигласа газетой и подносите к металлической пластине. Показания гальванометра резко возрастают, а затем быстро уменьшаются. Почему?
Выполнение всех описанных опытов протекает быстро, каждый из них следует повторить несколько раз.
410*. У трехэлектродной лампы сетку соедините с анодом, а анод — через гальванометр демонстрационного амперметра с като дом (рис. 164). К нити накала подведите обычное напряжение. Если замкнуть цепь накала, то гальванометр в анодной цепи показывает слабый ток. Почему?
При увеличении накала катода возрастает сила тока в анодной цепи. Почему?
Возьмите любую электронную лампу, подведите ток напряжением 6,3 В для накала катода. В цепь накала включите демонстрационный амперметр. Обратите внимание на то, что при замыкании цепи амперметр в первый момент показывает максимальную силу тока, которая постепенно уменьшается до половины начального значения. Как объяснить наблюдаемое явление?
Опыт следует повторить, но после размыкания цепи дать воз можность хорошо остыть нити накала.
Опыты с электронным осциллографом
Ряд занимательных опытов можно поставить с электронным осциллографом.
К зажимам У-входа подключите микрофон и поставьте его на стол. Получите на экране осциллографа (ЭО) горизонталь ную развертку. Ударьте молоточком по столу. На экране наблю дается всплеск возникающих колебаний. Почему?
Выполните хлопок руками перед микрофоном. На экране воз пикают колебания. Почему?
Микрофон, подключенный к ЭО, установите на одном конце демонстрационного метра. Возьмите камертон и возбудите его на рас стоянии 1 м от микрофона. На экране наблюдаются незначитель
ные колебания. Затем поставьте камертон на второй конец метра, при этом на экране возникают большие колебания. Поднимите камертон — колебания почти исчезают. Поставьте — колебания возникают. Почему?
Возьмите дугообразный магнит и поднесите его сверху или сбоку корпуса ЭО (рис. 165). Наблюдается отклонение электронного луча. Почему?
Если повернуть полюсы магнита, то изменяется направление отклонения луча. Почему?
Почему нс экранирует металлический корпус ЭО от магнитного поля?
Получите горизонтальную развертку луча ЭО. Сбоку корпуса ЭО поставьте трансформатор с замкнутым сердечником и включите его катушку в сеть. Снимите якорь трансформатора — сердечник окажется разомкнутым. На экране ЭО возникает синусоида. Замкните магнитопровод — синусоида исчезнет. Повторите опыт и объясните наблюдаемое явление.
Возьмите сердечник без якоря от универсального трансформатора с катушкой на 220 В и включите в сеть напряжением 127 В. Получите горизонтальную развертку луча ЭО. При этом трансформатор должен находиться от ЭО на расстоянии не менее 1 м. Проводник длиной 2,5—3 м подключите к зажимам У-входа и наденьте на свободную часть сердечника (рис. 166). При наличии небольшого усиления на экране возникает синусоида. Почему?
Если из проводника сделаете двойную петлю и наденете на сердечник, то на экране амплитуда синусоиды удвоится. Почему?
Если сердечник трансформатора замкнете якорем, то амплитуда синусоиды возрастет (по отношению к первому опыту). Почему?
Возьмите две катушки от трансформатора и поставьте рядом: к одной на 220 В подведите переменный ток напряжением 6—25 В от школьного регулятора напряжения (РНШ), концы второй катушки на 120 В соедините с входом электронного осциллографа. Получите на экране ЭО появление синусоиды с малой амплитудой *2—3 мм. Наденьте обе катушки на сердечник трансформатора и амплитуда синусоиды резко возрастет, примерно в 15 раз.
Рис. 1 66Рис. 1 66
Рис. 1 66
Рис. 1 66
Рис. 167Рис. 167Если сердечник замкнуть ярмом, то сигнал увеличивается еще примерно в два раза (в общем 25—30 раз). Объясните наблюдаемой явление.
Рис. 167
Рис. 167
К высоковольтному преобразователю подключите батарею элементов на 6 В. Концы первичной обмотки соедините с вертикальным входом электронного осциллографа (на рисунке 167 дана схема катушки, буквами а указаны точки, которые надо соединить с ЭО).
Положение рукояток должно быть следующим: синхронизация «внутр.»; аттенюатор включен на 220 В; генератор развертки
установлен на 30; ручкой «частота плавно» добейтесь неподвижного изображения; усиление на «X» возьмите максимальное, этим самым растягиваем осциллограмму по горизонталй.
На экране ЭО наблюдается неподвижная осциллограмма затухающих колебаний. Почему?
Демонстрационный полупроводниковый выпрямитель. В школьном кабинете физики следует иметь прибор, электрическая схема которого показана на рисунке 168. В него входят следующие распространенные недорогие детали: трансформатор накальный от любого телевизора, четыре диода Д7Ж (Д226), в качестве дроссельной катушки используется выходной трансформатор от любого приемника, два электролитических конденсатора по 10 мкФ, 400 В, четыре ключа, один потенциометр на 2,2 кОм, четыре клеммы-гнезда. Все детали выпрямителя закрепляются на фанерной доске, которая имеет две стойки. В результате на демонстрационном столе прибор располагается вертикально, что необходимо для показа и объяснения учащимся.
Прибор даст возможность при малой затрате времени (в пределах одной минуты) демонстрировать с помощью электронного осциллографа на уроках в школе ряд осциллограмм:
Рис. 168Рис. 168Осциллограмму переменного тока.
Рис. 168
Рис. 168
Осциллограмму однополупериодного выпрямления переменного тока.
Осциллограмму двухполупериодного выпрямления переменного тока.
Влияние дросселя на сглаживание пульсаций выпрямленного тока.
Влияние конденсаторов на сглаживание пульсаций выпрямленного тока.
Для демонстрации прибор включите в сеть переменного тока напряжением 220 В. С клемм / и 2 снимите сигнал на вход «У» ЭО для получения на экране осциллограммы переменного тока.
Затем проводники переставьте в гнезда 3 и 4. При этом ключи К, К2 и КЗ разомкните, ключ К1 замкните. На экране ЭО наблюдается осциллограмма однополупериодного выпрямления переменного тока.
Замкните ключ К. На экране наблюдается осциллограмма двухполупериодного выпрямления переменного тока.
Разомкните ключ KL При этом в цепь включается дроссель, который вызывает сглаживание пульсаций выпрямленного тока.
Замкните ключ К2. В цепь включается конденсатор С/, который вызывает дальнейшее сглаживание пульсаций выпрямленного тока.
Замкните ключ КЗ. В цепь включается, конденсатор С2, при этом пульсации выпрямленного тока полностью исчезают.
Опыты с УВЧ и звуковыми генераторами
Проверку работы генератора УВЧ можно выполнять неоновой лампой, лампой дневного света, одинарным витком, замкнутым на низковольтную лампу.
На уроках не будет времени показать ученикам различные способы проверки работы генератора, а на внеклассных занятиях можно на этом остановиться, воспроизведя интересные опыты и дав им объяснение.
Приведите в действие генератор УВЧ.
Опыт 1. Возьмите неоновую лампу за цоколь, пяткой касайтесь середины витка генератора. Лампа не горит. Если перемещать неоновую лампу по витку к электродам электронной лампы, то около них лампа загорается.
Возьмите лампу дневного света и повторите те же действия, что и с неоновой лампой. Для этого коснитесь витка генератора УВЧ одним из штырьков лампы; лампа вспыхивает, что указывает на наличие электрического поля около электродов электронной лампы.
Сопоставление опытов показывает, что лампа дневного света удобнее с точки зрения демонстрационных целей.
О п ы т 2. Установите на генераторе излучающий диполь, свечение неоновой лампы (лампы дневного света) резко уменьшается или исчезает. Почему?
Опыт следует повторить несколько раз.
О п ы т 3. Поднесите руку к излучающему диполю, яркость с в сучения увеличивается. Почему?
Вблизи закрытого колебательного контура генератора УВЧ поставьте резонирующий контур. Настройте его в резонанс. Лампа будет гореть. Затем выполните следующие опыты:
Опыт 1. Притроньтесь рукой к резонирующему контуру. Накал лампы уменьшается. Почему?
Опыт 2. Внесите кусок жести между контурами. Лампа резонирующего контура гаснет. Почему?
О п ы т 3. Укрепите на генераторе открытый контур. Накал нити лампы резонирующего контура уменьшается. Почему?
Опыт 4. Притроньтесь рукой к открытому контуру. Почему накал нити лампы увеличивается?
О п ы т 5. Приподнимите открытый контур над генератором. Почему накал нити лампы увеличивается?
Установите вблизи генератора открытый приемньш контур с лампой. Настройте его в резонанс с открытым контуром генератора. Лампа горит. Затем проделайте следующие опыты:
Опыт 6. Поднесите руку к излучающему контуру генератора. Накал лампы приемного контура уменьшается. Почему?
Опыт 7. Поднесите руку к приемному контуру. Накал лампы уменьшается. Почему?
Опыт 8. Приподнимите открытый контур генератора. Накал лампы приемного контура уменьшается. Почему?
Установите приемный контур с гальванометром на расстоянии 5—6 м от генератора и выполните следующие опыты:
Опыт 1. Внесите между излучающим и приемным контурами лист кровельного железа со стороной 1,25 м. Почему угол отклонения стрелки гальванометра уменьшается? Почему стрелка не приходит в нулевое положение и отмечает слабый прием?
Опыт 2. Внесите между контурами доску. Почему гальванометр нс отмечает изменения в приеме?
Опыт 3. Пусть в пространство между контурами войдет человек и переведет руки в горизонтальное положение, располагая их параллельно контурам. Почему угол отклонения стрелки гальванометра уменьшается?
Рассказ об излучении электромагнитного поля можно дополнить таким занимательным фактом, который привлечет внимание учащихся.
Немецкий физик Рентген получил письмо, в котором его просили выслать лучи для просвечивания грудной клетки, а также описать, как ими пользоваться. Рентген с юмором ответил, что у него сейчас лучей нет и выслать их слишком сложно. Проще будет, если ему пришлют для просвечивания грудную клетку.
Возьмите проводник в виде круглого витка, замкнутого на низковольтную лампу. Поднесите его параллельно к закрытому контуру работающего генератора. Лампа горит. Измените форму проводника, уменьшая площадь, ограниченную его контуром. Почему накал лампы уменьшается?
Электрическая искра — источник электромагнитных волн. Это можно доказать на простом опыте. Приемный диполь с диодом от УВЧ генератора подключите на вход «К» ЭО. Ручку аттенюатора включите на 5 В, усиление максимальное. Поставьте электрофорную машину на расстоянии 1—2,5 м от приемного диполя. Приведите ее в действие. Когда между полюсами возникает искра, на экране ЭО наблюдается всплеск, что и доказывает прием диполем электромагнитных волн.
425*. Емкость в цепи тока высокой частоты. Для этого используйте генератор УВЧ, подключенный к выпрямителю ВУП. Кроме того, соберите электрическую цепь из демонстрационного раздвижного конденсатора, лампы на 2,5—3,5 В и витка медной проволоки диаметром 0,8—1,0 мм (рис. 169). Диаметр витка 12—15 см, концы его подводятся к двум клеммам, установленным на фанерной панели. С помощью штатива закрепите панель так, чтобы виток располагался параллельно колебательному контуру генератора и был на расстоянии от него 4—5 см.
Включите генератор и добейтесь горения низковольтной лампы. Изменяйте расстояние между пластинами конденсатора. При увели
чении расстояния уменьшается накал лампы, при сближении пластин накал увеличивается. Объясните наблюдаемое явление.
426*. Индуктивность в цепи тока высокой частоты. В этом опыте используйте ту же установку генератора УВЧ с витком медной проволоки. ЭДС высокой частоты, которая возникает в витке, отводится к двум низковольтным лампам, закрепленным на фанерной панели. Причем одна из ламп шунтирована витком медной проволоки (рис. 170). Лампы между собой соединены последовательно.
Предварительно следует подключить лампы к току низкой частоты. Для этого можно использовать выводы у выпрямителя ВУП на 6,3 В. Лампы подключите через реостат и покажите, что горит одна лампа. Вторая нс горит, она шунтирована витком медного провода. Если виток отключить, то горят обе лампы одинаковым накалом.
После этой демонстрации включите генератор УВЧ и наблюдайте горение обеих ламп. Если вывернуть лампу, которая шунтирована витком, то вторая не горит. Объясните наблюдаемое явление.
Если в виток около генератора ввести железный сердечник (ярмо), то накал ламп уменьшается. Почему?
Если виток около генератора привести в колебательное движение, то накал ламп колеблется. Почему?
Возьмите одинарный виток, замкнутый на лампу на 2,5—3,5 В, и вторичную катушку от прибора Томсона, состоящую из нескольких десятков витков, подключенную к такой же лампе на 2,5—3,5 В. Поднесите одинарный виток к катушке колебательного контура генератора УВЧ. Лампа горит. Вторую катушку от прибора Томсона наденьте на сердечник универсального трансформатора, у которого одна из катушек на 120 или 220 В включена в сеть. Лампа горит.
Теперь поменяйте местами лампы вместе с катушками. Одинарный виток наденьте на сердечник трансформатора, а вторую катушку поднесите к виткам колебательного контура. Лампы нс горят. Почему?
Явление скин-эффекта. Возьмите кусок коаксиального кабеля длиной 1,5 м. Сделайте из него катушку в 6 витков. К концам среднего провода припаяйте патрон для низковольтной лампы, а к концам экранирующего провода припаяйте второй патрон. Вверните в патроны лампы на 2,5 или 3,5 В. Наденьте полученную катушку на сердечник универсального трансформатора, у которого катушка на 220 В включена в сеть. Обе лампы горят одинаковым накалом.
После этого катушку из коаксиального кабеля поднесите к виткам колебательного контура. При этом обе лампы горят. Здесь уместно спросить учащихся: которая лампа горит ярче? Все отвечают, что ярче горит лампа, подключенная к экранирующему проводу. Слабее горит лампа, подключенная к осевому проводнику. Демонстрация скин-эффекта протекает отлично, если катушку из коаксиального кабеля поднести к витку колебательного контура генератора УВЧ. В этом случае горит только лампа, подсоединенная к экранирующему проводу. Вторая лампа не горит. Почему?
429*. Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 171), которая состоит из звукового генератора, громкоговорителя без трансформатора и катушки на 220 В от универсального трансформатора. Переключатель поддиапазонов оставьте в первом положении, используйте выход звукового генератора на 5 Ом. Добейтесь хорошей громкости и наденьте катушку на сердечник. Почему громкость уменьшается? Катушку несколько раз наденьте и снимите с сердечника.
Далее покажите, что при увеличении частоты громкость уменьшается, и наоборот. Почему? Во втором случае переключатель поддиапазонов можно поставить в среднее положение.
430*. В предыдущей схеме опыта замените катушку батареей конденсаторов на 58 мкФ. Выход звукового генератора используйте на 5 Ом, переключатель поддиапазонов в первом положении. Вначале включите емкость 1 мкФ, звучание при этом будет относительно слабым.
Постепенно увеличивайте емкость батареи до 58 мкФ. Почему громкость увеличивается?
Получив ответ, изменяйте частоту генератора. Обратите внимание на то, что с увеличением частоты увеличивается громкость звучания громкоговорителя. Почему?
431*. Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 172). Сюда входит: звуковой генератор, две лампы, рассчитанные на 3,5 В и силу тока 0,28 А, батарея конденсаторов и катушка на 120 или 220 В с ярмом внутри. Частоту генератора первоначально установите 50 Гц. Добейтесь одинакового накала ламп, изменяя емкость, индуктивность, частоту генератора. У нас одинаковый накал ламп наблюдался при емкости 32 мкФ, катушке с ярмом внутри на 220 В и частоте 40—50 Гц.
Увеличивайте частоту генератора. Накал лампы, соединенной с катушкой индуктивности, уменьшается, а накал лампы, соединенной с емкостью, увеличивается. Почему?
Если частоту генератора уменьшать, то наблюдается обратное: накал лампы, соединенный с катушкой, увеличивается, а накал лампы, соединенной с емкостью, уменьшается. Почему?
Дополнительный вопрос: почему при некоторой частоте генератора 20—40 Гц наблюдается колебание накала ламп?
При работе с генератором помнить, что максимальная мощность на выходе 2 Вт. Отсюда к нему можно подключать лампы, только указанные выше.
432*. Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 173) *. Сюда входит генератор звуковой частоты, катушка на 220 В от универсального трансформатора, батарея конденсаторов, гальванометр от демонстрационного амперметра, два диода типа Д2Г, ключ и проводники. Рассмотрите следующие вопросы:
Что можно сказать о силе тока на различных участках цепи? Разберите, что через гальванометр течет пульсирующий, но постоянный по направлению ток. Через конденсатор и катушку течет переменный ток.
1 См.: Бутырский Г. А. Определение относительной диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика.— Физика в школе, 1970, № Т. с. 79.
Включите емкость 1 мкФ, катушку возьмите с незамкнутым сердечником, переключатель диапазонов установите в первом или среднем положении, усиление слабое, выход генератора используйте на 5 Ом. Изменяйте частоту в сторону увеличения или уменьшения так, чтобы в цепи возникло явление резонанса. Явление резонанса определяем по отклонению стрелки гальванометра. При указанных данных оно наблюдается при частоте 270 Гц. При помощи ручки усиления добейтесь, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу.
Поставьте вопрос: как изменяются показания гальванометра, если катушку поднять над сердечником? Ответы бывают разные, но среди них встречается следующий: если индуктивное сопротивление уменьшается, то сила тока должна увеличиваться.
Проведите опыт. Поднимите катушку над сердечником. Сила тока уменьшается. Почему?
Как изменятся показания гальванометра, если катушку закоро- гить? После получения ответов покажите, что при закорачивании катушки сила тока уменьшается.
Как изменятся показания гальванометра, если сердечник катушки замкнуть якорем? Поясните, что при замкнутом сердечнике сопротивление катушки увеличивается. Затем покажите на опыте, что сила тока уменьшается.
Как изменятся показания гальванометра, если закоротим батарею конденсаторов? Проведите беседу и покажите, что при закорачивании батареи сила тока падает, хотя емкостное сопротивление цепи уменьшается.
При помощи штыря уменьшайте емкость батареи с 1 до 0,5 мкФ или увеличивайте до 2—4 мкФ. Сила тока уменьшается.
Увеличивайте частоту звукового генератора с 270 до 2000 Гц или уменьшайте с 270 до 20 Гц. Сила тока уменьшается почти до нуля.
Как объяснить наблюдаемые явления?
Опыты по оптике
Ряд интересных опытов можно провести по вопросу «Цвета тел». Подберите отрезок разноцветной материи (причем, чем ярче и разнообразнее будут цвета, тем интереснее проходит опыт). Фитиль спиртовки посыпьте поваренной солью и зажгите, а электрический свет выключите. Пламя спиртовой лампы желтого цвета. А отрезок разноцветной материи кажется серым (в зависимости от окраски материи цвет может быть и темно-серым и светло-серым). Затем включите свет, и окраска материи будет переливаться всеми цветами радуги. Объясните наблюдаемое явление.
Примечание. Опыт нужно проводить в затемненном кабинете.
Картина в цветных лучах. На одном и том же листе бумаги выполните два рисунка разными красками: первый — светло-желтой краской, а второй — зеленой. (Перед опытом рисунки прикройте листом бумаги.) Затем погасите свет, снимите лист бумаги и из про-
екционного фонаря направьте пучок света через зеленый светофильтр. Будет виден только первый рисунок, а затем вместо зеленого светофильтра установите светло-желтый, тогда виден второй рисунок. Объясните наблюдаемое явление.
Прймечание. Для успеха опыта нужно подобрать акварельные краски или тушь. Это наиболее трудоемкий процесс. Раствор красок следует брать слабый. Кроме того, нужно иметь хорошие светофильтры и использовать при освещении рисунков лампу в проекционном фонаре мощностью 100 Вт.
Возьмите круглую колбу, заполните ее водой. Находясь на расстоянии 3—5 м от окна, перемещайте колбу перед чистым листом тетради. Колба с водой даст изображение окна или другого предмета, как линза из стекла. Расстояние между колбой и экраном должно быть около 6—12 см.
Возьмите прямоугольный сосуд с водой и направьте через воду несколько (3—4) параллельных луча света. Погрузите в воду круглодонную пустую колбу так, чтобы лучи падали на колбу. После прохождения лучей через колбу они расходятся. Почему?
Возьмите две стеклянное пластинки размером 60X80 мм (можно и другого размера). Слегка смажьте поверхность одной пластинки вазелином и посыпьте тальком. Тонкий прозрачный слой талька накройте второй пластинкой. Края пластинок заклейте бумагой. Посмотрите через пластинки на горящую лампу накаливания. Вы увидите вокруг лампы радужные кольца. Объясните явление.
Опыты с жидким кислородом
Поскольку в последние годы на многих заводах широко применяют жидкий кислород, то школы имеют возможность проводить с ним опыты.
Для переноса кислорода используют сосуды Дьюара или термосы. Помните, что сосуды, в которых будете переносить или хранить жидкий кислород, нельзя плотно закрывать. Сосуд прикрывайте неплотным куском ваты, чтобы кислород мог испаряться, а пары выходить.
Опишем ряд возможных опытов с жидким кислородом.
Опыт 1. Налейте жидкий кислород в химический стакан и в лучах света от проекционного фонаря покажите его цвет.
О п ы т 2. Вылейте немного кислорода из стакана на подъемный столик. Обратите внимание учащихся на испарение жидкого кислорода. Поверхность стола подъемного столика остается сухой.
О п ы т 3. Опустите конец резиновой трубки в жидкий кислород и заморозьте. Достав трубку, ударьте по ней молотком или ударьте ею по столу. Она разбивается, как хрупкое тело, на кусочки. Кусочки трубки передайте ученикам.
Опыт 4. Заморозьте зеленые листья, цветы, тонкие пластинки картофеля. Покажите их хрупкость после замораживания.
Опыт 5. Изогните конец резиновой трубки в виде крючка, последний закрепите проволокой и заморозьте. На резиновый крюк подвесьте груз в несколько килограммов.
Опыт 6. Приготовьте из свинцовой проволоки спираль и заморозьте. После опускания в жидкий кислород она обладает упругими свойствами.
Опыт?. Приготовьте из свинца или резины колокольчик. Продемонстрируйте его звон до опускания в жидкий кислород и после.
Опыт 8. Опустите цинковую пластинку в кислород, а затем покажите ее хрупкость.
Опыт 9. Закрепите кусок парафина на проволоке и опустите в жидкий кислород. Затем подвергните парафин облучению светом электрической дуги. После этого в темноте парафин светится приятным светло-голубым цветом. Аналогичный опыт можно провести со скорлупой от яйца, с сахаром, картофелем.
Опыт 10. Приготовьте небольшую спираль из железа и включите ее в электрическую цепь. Установите небольшую силу тока в цепи. Опустите спираль в жидкий кислород. При этом наблюдается увеличение силы тока, что объясняется уменьшением сопротивления при понижении температуры спирали.
Опыт 11. Налейте немного спирта в пробирку и опустите ее в жидкий кислород для замораживания. Покажите ученикам спирт в твердом состоянии.
Опыт 12. Налейте жидкий кислород в стакан и опускайте в него тлеющую лучинку. Она загорается ярким пламенем.
Опыт 13. Возьмите слегка раскаленную железную проволоку и опускайте се в жидкий кислород. Проволока начинает гореть.
Опыт 14. Возьмите высокий стеклянный сосуд, заполните его водой и поставьте на подъемный столик. Лейте из стакана жидкий кислород в воду. Наблюдается красивое явление: с поверхности воды вниз опускаются воздушные ракеты.
Опыт 15. Закрепите на проволоке кусочек угля или ваты, пропитайте жидким кислородом и подожгите.
При проведении опыта нужно быть осторожным. Жидкий кислород, находящийся в термосе или стакане, должен быть удален.
Опыт 16. В небольшое блюдце положите древесные опилки и поставьте на подъемный столик. Пропитайте их жидким кислородом, затем подожгите. Возникает красивое зрелище. Опыт требует большой осторожности. Во время него сосуд с жидким кислородом должен быть убран как можно дальше.
Опыты по автоматике
Поплавковое реле. Во многих случаях требуется поддерживать уровень воды или другой жидкости на определенной высоте. В настоящее время это выполняется автоматически с помощью прибора, который называют поплавковым реле. На рисунке 174 изображено «Демонстрационное поплавковое реле». Основной частью его является поплавок /, который помещают в сосуд с жидкостью 2. Поплавок крепится на одном конце рычага 3. Второй конец рычага служит подвижным контактом. Изменение уровня жидкости в сосуде изменя-
Рис. 174Рис. 174Рис. 175Рис. 175
Рис. 174
Рис. 174
Рис. 175
Рис. 175
ет положение поплавка. Это приводит к изменению положения рычага и его подвижного контакта. Понижение жидкости в сосуде заставляет поплавок опускаться, что вызывает перемещение подвижного контакта вверх. При определенном минимальном уровне жидкости происходит замыкание сигнальной цепи, загорается красная лампа 4, сигнализирующая о минимальном уровне жидкости. Если уровень жидкости повышается, то поплавок всплывает и вызывает перемещение подвижного контакта вниз. При определенном максимальном уровне жидкости в сосуде происходит замыкание сигнальной цепи, и загорается зеленая лампа 5, сигнализирующая о наивысшем ее уровне.
При практическом использовании такой схемы поплавкового реле сигнальные лампы могут находиться за тысячи и десятки тысяч метров от места нахождения резервуара с жидкостью. По горению или его отсутствию в той или иной лампе можно судить о высоте уровня жидкости, находясь на большом расстоянии от резервуара.
Автоматическое включение двигателя поплавковым реле. Электродвигатель и реле могут быть удалены от места управления на огромные расстояния. Как проверить с места управления, работает двигатель или нет? Для этого соберите опытную установку с автоматическим включением электродвигателя при помощи поплавкового реле (рис. 175), где 1 — поплавок, 2— контакты, 3— электродвигатель, Лк—красная сигнальная лампа, Лз— зеленая сигнальная лампа. На одной стороне экспериментального стола установите поплавковое реле и двигатель 3, на другой — красную электрическую лампу Лк, включенную последовательно с двигателем. Пронаблюдайте автоматическое включение и выключение двигателя поплавковым реле. Горение лампы Лк указывает на работу двига-
Рис. 176
теля, и наоборот. (Для двигателя «Пионер» на 127 В возьмите лампу на 3,5 В, 0,28 А.)
В производственных установках схема более сложна: красная сигнальная лампа работы электродвигателя включается не последовательно с двигателем, а имеет отдельную цепь и включается отдельным реле.
Автоматическая электроводокачка. Только что рассмотренное поплавковое реле может служить для автоматической работы элскт- роводокачки с напорным баком (рис. 176). В прибор входят следующие основные части: 1 — электрический двигатель, 2 — центробежный насос, 4 — водонапорный бак и поплавковое реле.
Важной частью данной установки является центробежный насос, поэтому рассмотрим подробнее его устройство. Корпус 1 припаян к угловой стенке 2, изготовленной из листовой латуни толщиной 1,5 мм. В центре этой стенки припаяна трубка 5, которая будет подшипником вала рабочего колеса (рис. 177). Из этой же листовой латуни изготовлен фланец 3 и припаян по краю корпуса насоса. К фланцу шестью болтами // с гайками прикрепляется вторая стенка 4 с трубкой 9, по которой вода поступает во внутреннюю полость насоса. Сбоку к цилиндрическому корпусу насоса по касательной к нему припаяна выходная трубка /0, по которой вода поступает в бак водонапорной башни. Рабочее колесо насоса состоит из латунного диска 7, который припаян к валу 6 строго перпендикулярно. К диску и валу припаяны симметрично шесть изогнутых лопаток 8. Вал рабочего колеса насоса из стальной проволоки диаметром 7 мм должен вращаться в подшипнике свободно, но без люфта. Вставляя вал в подшипник, нс забудьте надеть на него тонкую латунную шайбу и смазать его и шайбу.
При установке двигателя и насоса помните, что оси их должны
Рис. 177
быть на одной высоте. Для этого в зависимости от размеров электродвигателя применяется выравнивающая опора из дерева или металла. Вал двигателя и вал насоса соединяются гибкой муфтой из резиновой трубки длиной около 30 мм.
Модель водонапорного бака можно изготовить из большой бутылки, дно которой надо обрезать. Полученный сосуд установить в тагане (см. рис. 176). Причем в нижней части тагана к его ножкам укрепите кольцо, в которое вставьте горлышко бутылки. Горлышко бутылки закройте резиновой пробкой с металлической трубкой. На нее наденьте резиновую трубку 7, свободный конец которой поднимите вверх и укрепите при помощи кронштейна из полоски латуни над сосудом 8, изготовленным из кровельного железа с отводным патрубком у дна.
Высоту, на которой следует укрепить конец резиновой трубки 7, подбирают опытным путем. Во всяком случае, из нее должна течь вода беспрерывной струей при работе электроводокачки.
Сосуд 8 установите на подставке и соедините резиновой трубкой 9 с входной трубкой центробежного насоса. Из сосуда 8 по резиновой трубке 9 вода поступает в насос.
Следует учитывать, что насос работает тогда хорошо, когда он залит водой.
Далее на выходную трубку центробежного насоса наденьте резиновую трубку 8, свободный конец которой приподнимите и укрепите над водонапорным баком при помощи кронштейна так, чтобы из трубки текла вниз вода в бак и струю было видно при работе прибора.
На рисунке 178 дана электрическая схема прибора и устройство поплавкового реле. В электрическую цепь сети двигатель / включается поплавковым устройством, где 2 — контакт, 3 — рычаг, 4 — поплавок.
Рис. 178Рис. 178Рис. 179Рис. 179
Рис. 178
Рис. 178
Рис. 179
Рис. 179
После сборки модели автоводокачки включите се в сеть и наблюдайте за работой. Двигатель насоса автоматически включается в сеть при понижении уровня воды и выключается благодаря поплавковому устройству, когда воды в баке достаточно.
Опыт с терморегулятором. На использовании свойств биметаллической пластинки основано устройство и действие терморегуляторов — приборов, которые позволяют автоматически поддерживать^ температуру в заданных пределах.
Опытная установка с терморегулятором / показана на рисунке 179, а ее электрическая схема — на рисунке 180, где 2 — биметаллическая пластинка, один конец которой закреплен неподвижно, а второй под действием упругих сил свободно прижимается к контактному винту 5; 3 — сигнальная лампа, указывающая на включение или выключение нагревателя 4. При включении нагревателя происходит нагрев окружающего воздуха и биметаллической пластинки, что вызывает ее изгиб. При определенной температуре свободный конец пластинки отходит, и цепь разрывается. Нагреватель выключается, и температура окружающего воздуха понижается. Пластинка начинает изгибаться и при некоторой температуре вновь замыкает электрическую цепь. Таким образом, регулирование температуры в определенных пределах осуществляется автоматически. Подобные терморегуляторы применяются в термостатах, утюгах, инкубаторах и т. д.
Покажите терморегулятор опытной установки (см. рис. 179) в действии. Для ускорения процесса нагревания используйте спиртовку (поэтому в установке отсутствует нагреватель 4, указанный на схеме 180), а
для ускорения процесса охлаждения пластинки опускайте се в стакан с холодной водой.
Автоматическое замыкание и размыкание цепи самодельным терморегулятором. Часто биметаллическую пластинку, являющуюся основой термического реле, изготовляют прямой и располагают вблизи нагревающего тела. Рассмотрим прибор, показанный на рисунке 181. Он состоит из биметаллической пластинки, контактов и последовательно включенной лампы, расположенной под пластинкой.
Биметаллическую пластинку делают из двух склепанных пластинок — железной и алюминиевой, последнюю располагают внизу. Пластинку крепят на деревянном щите. На нем же укрепляют два угольника, к концам которых припаивают специальные контакты, сделанные из тугоплавкого и малоокисляющегося металла. Этих контактов и касается подвижным концом биметаллическая пластинка.
Сделайте прибор и включите его в сеть. Электрический ток протекает через пластинку и нить лампы. При горении лампы биметаллическая пластинка нагревается, изгибается и при некоторой определенной температуре отходит от контактов электрической цепи. Лампа гаснет. Пластинка постепенно охлаждается, при этом распрямляется и снова замыкает контакты. Затем она вновь нагревается, и процесс повторяется.
Пронаблюдайте периодическое размыкание и замыкание контактов электрической цепи.
С подобным устройством мы встречаемся в электрических утюгах.
Опытная установка пожарной сигнализации. В пожарной сигнализации широко применяют различные автоматические устройства. В городах на предприятиях, складах устанавливают снаружи и внутри здания специальные приспособления, которые служат для подачи сигнала тревоги при пожаре. В простейшем случае термореле замыкает электрическую цепь, и загорается сигнальная лампа «тревоги» в помещении пожарной команды.
Принцип работы такой установки пронаблюдайте на опыте. Соберите установку по рисунку 182, состоящую из биметаллической Пластинки /, сигнальной лампы 2 или звонка 3. При возникновении пожара пластинка нагревается (нагревайте се спиртовкой Или другим нагревателем), изгибается и замыкает контакты. Сигнальная лампа загорается, или звонит звонок.
Термическое реле — ограничитель силы тока. Термическое реле нашло широкое применение в электрических цепях для защиты электродвигателей, трансформаторов, электрической проводки от перегрузки, т. е. для защиты от перегрева.
Встречается большое число разнообразных тепловых реле, отличающихся друг от друга по своему устройству. Однако в большинстве
Рис. 180
Рис. 181
Рис. 182
Рис. 183Рис. 183ограничителей силы тока используется биметаллическая пластинка. Нагревание пластинки происходит или при протекании тока непосредственно по самой пластинке, или по спирали, окружающей ее.
Рис. 183
Рис. 183
На рисунке 183 показано устройство прибора, демонстрирующего действие теплового реле. В приборе использовано тепловое реле — ограничитель силы тока на 8 А. Подобное реле иногда раньше встречалось на щитках квартир. Оно состоит из биметаллической пластинки и контактов. Кроме реле, на приборе установлены электрическая лампа мощностью 100 Вт и две розетки, сое
диненные параллельно между собой и последовательно с реле. Включите прибор в сеть напряжением 127 В. Загорается лампа. В одну из розеток прибора включите электрическую плитку 0,6 кВт. Общая сила тока в реле оказывается в пределах 6 А. Если включите вторую такую же плитку, то общая сила тока будет порядка 11 А. Биметаллическая пластинка перегревается, изгибается и вызывает разрыв контактов. Лампа и плитка отключаются.
После разрыва цепи пластинка охлаждается и, выпрямляясь, замыкает контакты. Если лишняя нагрузка (вторая плитка) не снята, пластинка вновь перегревается и отключает цепь. Учащиеся наблюдают двукратное или трехкратное размыкание и замыкание цепи.
Подобное реле имеется в электрической цепи холодильников, стиральных машин, где оно служит для защиты двигателя от перегрева. Подобное термическое реле широко применяется в электротехнике.
Электромагнитное реле, его устройство и действие. Электромагнитное реле — прибор, в котором электромагнит замыкает или размыкает исполнительную электрическую цепь. Пользуясь демонстрационными приборами (рис. 184), ознакомьтесь с принципом его устройства.
Основной частью электромагнитного реле служит электромагнит. Над его сердечником находится якорь, представляющий собой железную пластинку. Якорь при помощи плоской стальной пружины прикреплен к железному ярму. Свободный конец якоря служит подвижным контактом, второй неподвижный контакт цепи укреплен на щите. Обмотка электромагнита (600 витков медной проволоки диаметром 0,5 мм и сопротивлением 3—4 Ом) подключается к источнику тока напряжением 2—4 В (батарея от электро- фонаря). Эту электрическую цепь называют первичной или управляющей.
Кроме этой цепи, имеется вторичная цепь, которую принято называть исполнительной. На рисунке 184 она состоит из зажимов, к которым подключается сеть напряжением 127 или 220 В, соединительных проводников, розетки, контактов и якоря.
Исполнительную цепь подключите к сети и включите в нес электрическую лампу. При замыкании первичной цепи сердечник намагничивается и притягивает якорь. Электрическая лампа загорается.
Первое в мире реле было предложено и разработано русским ученым П. Л Шиллингом.
Автоматический счет деталей. Электромагнитное реле нашло широкое применение в технике, особенно в автоматических линиях. В частности, этот прибор применяют для автоматического счета изготовленных на производстве деталей. В процессе производства детали движутся по конвейеру или какой-либо части станка и вызывают при этом замыкание контактов первичной цепи. Реле срабатывает, и прибор, находящийся в исполнительной цепи, регистрирует деталь.
Прибор для демонстрации этого явления может быть изготовлен так: в первичную цепь (см. рис. 184) включите приспособление, состоящее из разрезанного металлического желоба с упругой металлической пластинкой, выполняющей роль ключа в этой цепи. При своем движении шарики прижимают пластинку к желобу и замыкают управляющую цепь. При этом в исполнительной цепи наблюдается кратковременная вспышка лампы. По числу вспышек лампы можно судить о числе шариков. На производстве вместо лампы включается счетчик, который и производит счет деталей.
Автоматическое включение и выключение электродвигателя. Электромагнитное реле широко используется для управления электродвигателями на расстоянии. Двигатель, приводящий в действие какую-либо машину, установку, может находиться от пульта управления на расстоянии нескольких километров. Если от электродвигателя к месту управления протянуть провода, которые замыкались бы простым рубильником при пуске двигателя и размыкались при его остановке, то в этом случае в проводах, соединяющих пульт управления с двигателем, наблюдалась бы большая потеря электроэнергии. Поэтому для включения электродвигателя используют реле. Оно позволяет с помощью токов небольшой мощности управлять цепями, в которых протекают токи большой мощности.
На месте установки двигателя помещают электромагнитное реле, на пульте управления — пусковую кнопку управляющей цепи. Сигнал включения реле передают с пульта управления по линии связи (радио или проводкой). При нажатии пусковой кнопки сигнал поступает в реле. При этом замыкаются контакты исполнительной цепи, начинает работать двигатель. Выключение кнопки приводит к срабатыванию реле и остановке двигателя. Схема управления двигателем на расстоянии с простейшей управляющей цепью показана на рисунке 185.
Пусковая кнопкаПусковая кнопкаПульт управленияПульт управленияУправляющаяцепьУправляющаяцепьОбъект управленияОбъект управления
Пусковая кнопка
Пусковая кнопка
Пульт управления
Пульт управления
Управляющаяцепь
Управляющаяцепь
Объект управления
Объект управления
Рис. 185
Покажите на опыте управление двигателем на расстоянии с помощью реле. Двигатель и реле расположите на одном конце стола, кнопку и батарею из двух элементов — на другом.
Реле можно собрать из готовых деталей набора по электромагнетизму или из набора электроконструктора. При отсутствии наборов можно использовать в качестве реле электрический звонок.
Электромагнитное реле в линиях связи. Электромагнитные реле нашли широкое применение в линиях связи, телеграфных, телефонных, радиорелейных, а также в линиях ретрансляции сигналов телевидения. Телеграфные сигналы передают на большие расстояния, измеряемые несколькими тысячами километров. При большой длине проводов сигнал, переданный из пункта отправления, придет к пункту приема ослабленным и нс сможет вызвать срабатывания соответствующего механизма аппарата. Поэтому при большой длине телеграфных линий устанавливают специальные устройства через каждые 400—600 км. Эти устройства позволяют принимать слабые сигналы, усиливают их и передают дальше с большей (нужной) мощностью.
На рисунке 186 дана схема передачи телеграфных сигналов на большие расстояния. На пункте отправления ключом К замыкают цепь батареи Б1; при этом на промежуточной установке срабатывает реле, замыкающее цепь батареи Б2, и сигнал большей мощности передастся на приемную станцию, где он записывается на телеграфной ленте.
Соберите опытную установку по схеме (рис. 186) и убедитесь в передаче телеграфных сигналов на расстояние.
Реле обратного тока. В электрооборудовании автомобиля используется ряд электромагнитных реле. Познакомимся с устройством и действием одного из них на самодельном приборе «Реле обратного тока», который применяют на автомобиле для согласованности работы генератора и аккумуляторов.
Прибор состоит из, электромагнита, имеющего две обмотки (рис. 187). Одна обмотка выполнена из небольшого числа витков медной проволоки с эмалевой изоляцией общим сопротивлением 0,06 Ом. Вторая обмотка состоит из большого числа витков медной проволоки сопротивлением 20 Ом. Обмотки соединяются между
Рис. 186Рис. 186собой последовательно, от средней точки их идет проводник к «минусовому» зажиму генератора. Верхний конец обмотки соединен с сердечником, а нижний — с «массой» (роль которой выполняет алюминиевая пластинка, расположенная внизу прибора).
Рис. 186
Рис. 186
Для демонстрации действия прибора в качестве батареи можно использовать два сухих элемента (или два щелочных аккумулятора), в цепь которых надо включить универсальный гальванометр, шунтированный на 1—5 А, и лампу. Наблюдайте горение лампы и заметьте направление тока по отклонению стрелки гальванометра. Затем
подключите генератор с ручным приводом (или вместо генератора 3—4 сухих элемента, или 5 щелочных аккумуляторов). Реле обратного тока срабатывает. Лампа горит, но в цепи батареи аккумуляторов наблюдается изменение направления тока: стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону.
Автоматическая блокировка на железной дороге. Электромагнитное реле получило широкое распространение на железной дороге для автоматической блокировки, которая состоит в автоматическом управлении сигнальными огнями светофора.
При автоблокировке железный путь между двумя соседними станциями делят на участки длиной от 1 до 3 км, которые называют блок- участками. Каждый блок-участок электрически изолирован от смежного с ним. Два рельса пути блок-участка служат двумя проводами электрической цепи. Электрический ток, протекающий по рельсовому пути, проходит в месте стыка через стыковые прокладки.
Однако для обеспечения надежной работы рельсовых цепей в местах стыка к рельсам приваривают проволочные перемычки.
Между двумя соседними блок-участками устанавливают светофоры. Светофор имеет цветные сигнальные огни: красный свет означает, что путь занят; желтый предупреждает, что впереди свободен только один блок-участок и скорость поезда нужно снизить; зеленый показывает, что путь свободен не менее чем на двух блок-участках.
Для выяснения принципа устройства и действия автоматической блокировки рассмотрим схемы, показанные на рисунке 188, а, б, в. На рисунке даны три блок-участка, а светофор поставлен только один. Для работы светофора устанавливают два электромагнитных реле, при помощи которых осуществляется автоматическая сигнализация.
Электрический ток от аккумуляторов, подключенных к блок-участ- ку ///, протекает через обмотку верхнего реле. Якорь, притянувшись к сердечнику, замыкает электрическую цепь для тока, идущего через лампу зеленого цвета (рис. 188, а). Но ток через эту лампу будет протекать, если замкнуто нижнее реле, т. е. ток от аккумуляторов, подключенных к блок-участку //, идет только через обмотку нижнего реле. В этом случае для поезда, подошедшего к блок-участку II справа, путь свободен.
Если поезд перемещается с / блок-участка на //, то при этом автоматически загорается красный сигнальный свет. Для объяснения этого явления рассмотрите схему б. Когда поезд находится на блок- участке //, то батарея элементов (аккумуляторов), подключенная к нему, оказывается замкнутой через колеса и оси поезда. Через обмотку нижнего реле сила тока уменьшается, якорь под действием пластинчатой пружины отойдет от сердечника, и замкнется электрическая цепь с красной сигнальной лампой. Красный световой сигнал указывает, что путь на блок-участке // занят. Когда поезд перемещается на блок-участок ///, то красный световой сигнал сменяется желтым (рис. 188, в), так как якорь верхнего реле будет в нижнем положении, а якорь нижнего реле — в верхнем, и к источнику тока будет подключена желтая лампа.
На рисунке 189 показан прибор — макет автоблокировки, который действует согласно схемам рисунка 188. Блок-участки выполнены на основе рельсового пути от модели детской железной дороги. Поезд заменяет тележка с,металлическими колесами и осями. Убедитесь, что если поезд (тележка) находится перед светофором и впереди путь свободен, то горит зеленая лампа. Передвигайте тележку с участка на участок и наблюдайте переключение ламп светофора.
Примечание. Для изготовления наиболее важных частей прибора — двух электромагнитных реле—можно использовать электромагнитное реле телефонного типа с сопротивлением обмотки 3—4 Ом. Схема автоблокировки, применяемая в действительности, является более сложной, чем рассмотренная выше, но основной принцип работы автоблокировки — управление сигналами светофоров движущимся поездом при помощи электромагнитных реле — соответствует демонстрационному прибору по автоблокировке.
Рис. 189
Фотореле, его устройство и действие. Фотореле применяют для автоматического замыкания и размыкания исполнительной цепи при изменении освещенности фотоэлемента. Оно состоит из фотоэлемента ЦГ-3 (можно использовать ЦГ-4), усилительной электронной лампы 6ПЗ, трансформатора, электромагнитного реле телефонного типа с сопротивлением обмотки 2000 Ом, электролитического конденсатора 10—20 мкФ, двух сопротивлений: одного порядка 20—50 МОм, а второго — 3000 Ом и розетки.
Демонстрационное фотореле собирают на фанерной доске размером 600X450X6 мм. Доску окрашивают в черный цвет и на этом фоне цинковыми белилами рисуют схему фотореле (рис. 190). Монтаж фотореле выполняют по нарисованной схеме. Фотоэлемент укрепляют на пластинке из диэлектрика (эбонита) при помощи двух металлических пружинных зажимов, к которым припаивают проводники. Электромагнитное реле можно использовать с сопротивлением обмотки от 2000 до 8000 Ом. Трансформатор служит только для понижения напряжения со 127 или 220 до 5—6 В (такое напряжение необходимо для питания нити накала лампы). Электрический монтаж фотореле выполняют проводом, который вставлен в хлорвиниловую трубку желтого цвета (этот цвет лучше виден на черном фоне).
Электромагнитное реле находится в анодной цепи электронной лампы. Его задача — автоматически замыкать и размыкать контакты исполнительной электрической цепи, управление которой осуществляется фотореле.
В цепи сетки находится фотоэлемент, который замыкается через высокоомное сопротивление порядка 30 МОм, служащее для следующей цели: при освещении катода фотоэлемента в его цепи возникает ток и на высокоомном сопротивлении создастся падение напряжения.
Рис. 190
Хотя сила тока в цепи фотоэлемента небольшая, падение напряжения на высокоомном сопротивлении по закону Ома будет большим. Это напряжение подастся на управляющую сетку усилительной электронной лампы так, что отрицательный потенциал оказывается на сетке лампы, а положительный — на катоде. Отрицательный потенциал сетки будет препятствовать прохождению электронов в лампе. Электронная лампа, как говорят, будет «заперта» большим отрицательным потенциалом на сетке. Анодный ток будет ничтожным и недостаточным для того, чтобы электромагнитное реле притягивало свой якорь, поэтому контакты исполнительной электрической цепи будут разомкнуты.
При Неосвещенном фотоэлементе в его цепи тока не будет, падение напряжения на высокоомном сопротивлении будет равно нулю, потенциал сетки относительно катода электронной лампы тоже равен нулю, сила тока через лампу возрастет, и электромагнитное реле сработает.
Включите фотореле в электрическую цепь и проверьте его работу.
Автоматическое включение и выключение сигнальных ламп. Зажигание фонарей, включение электрических ламп на бакенах рек и каналов, сигнального света маяка можно производить с помощью фотореле, которое автоматически включает свет с наступлением темноты и выключает его утром.
Автоматическое включение и выключение сигнального света на электробакенах и маяках можно наблюдать на действующей модели (рис. 191). Корпус маяка в сделан из листового железа, вверху укреплен патрон б для установки электрической лампы небольшого размера мощностью 15—25 Вт, рассчитанной на напряжение сети. Лампа закрывается колпаком а.
Подключите модель маяка через розетку к фотореле, а последнее
Рис. 191
Рис. 192
в сеть. Если осветить фотоэлемент, то маяк не будет гореть. Если его прикрыть, маяк загорится.
Автоматическое включение и выключение уличного освещения. В хозяйстве современного крупного города очень важную роль играют своевременное включение и выключение уличного освещения. Каждая минута напрасного горения тысяч уличных фонарей означает бесцельную трату огромного количества электрической энергии, а может привести к катастрофическим последствиям. Управление уличным освещением осуществляется с помощью фотореле, которое автоматически производит включение и выключение уличных фонарей.
На действующей модели (рис. 192) можно демонстрировать работу фотореле. Конструкция модели проста: на деревянной подставке, изображающей участок улицы, укреплены металлические трубки — фонарные столбы с электрическими лампами по 2,5 В. Электрические лампы соединены по две последовательно, а далее параллельно. Внизу укреплен звонковый трансформатор, ко вторичной обмотке которого присоединяют лампы. Лампы на модели уличного освещения гореть не будут, если подключить модель к фотореле и осветить фотоэлемент. Если прикрыть фотоэлемент, то лампы на модели загораются.
Фотореле закрытого типа. С помощью демонстрационного фотореле можно включить электрические приборы с небольшой мощностью, до 25—30 Вт.
Для включения электрических приборов, требующих большой мощности, собирают более сложную схему фотореле. Усложнение схемы связано с использованием вместо одного двух электромагнитных реле, причем второе (рабочее) реле может работать при Силе тока до 5 А.
На рисунке 193 дана схема фотореле закрытого типа. Она состоит из / — фотоэлемента ЦГ-3, 2 — электронной усилительной лампы 6ПЗС, 3 — трансформатора, 4 и 5 — двух электромагнитных реле, 8 — блокировочного конденсатора и двух сопротивлений: 6 — высокоомного 20—50 МОм и 7 — порядка 3000 Ом. Одно электромагнитное реле — 4 телефонного типа с сопротивлением
обмотки 2000 Ом — включают в анодную цепь электронной лампы, а второе электромагнитное реле — 5 типа МКУ-48 или РПУ-1— включают в исполнительную цепь первого реле.
Примечание. Поскольку электромагнитных реле очень много, то при их подборе нужно обращать внимание на сопротивление (которое обычно написано на приборе), допустимую силу тока и напряжение, указанные в паспорте.
Все детали фотореле укрепляют на шасси. Между электронной усилительной лампой и фотоэлементом установлено телефонное реле. Это необходимо для уменьшения нагревания светочувствительного слоя фотоэлемента.
Для фотореле изготовляют деревянный футляр, заднюю стенку которого прикрепляют к шасси, а на передней делают отверстие диаметром 30 мм для прохождения света к фотоэлементу. К отверстию прикрепляют трубку для ограждения фотоэлемента от действия света посторонних источников.
К фотореле закрытого типа изготовлен осветитель, его устройство в разрезе показано на рисунке 194. Корпус осветителя делают из трубки, в передней части которой закрепляют линзу, позволяющую фокусировать лучи света лампы на фотоэлементе, а в задней части — патрон с автомобильной лампой на 6—12 В.
Патрон с лампой в корпусе осветителя может перемещаться.
Применение фотореле в промышленности. Предварительно следует отметить, что советский инженер В. С. Вихман почти четыре десятка лет назад сконструировал токарный станок-автомат, который с помощью фотоэлемента обрабатывал детали по чертежу без участия человека. А в настоящее время уже большее число станков- автоматов, снабженных фотореле, с огромной точностью вытачивают различные детали машин.
Аналогично действуют приборы, используемые в технике безопасности. Например, пресс, штампующий сложные и большие детали, при неосторожном движении рабочего, поместившего руку в опасное место, автоматически останавливается, так как рука закрывает луч света и заставляет срабатывать реле, останавливающее двигатель.
Включите фотореле и осветитель в электрическую сеть. Направьте луч света через трубку на фотоэлемент. При всяком прерывании луча фотореле срабатывает. Подключите к нему электродвигатель (вентилятор) и, прерывая луч света, покажите автоматическое включение и выключение двигателя.
Автоматический счет деталей. Для счета деталей, движущихся на конвейере, используют фотореле. Осветитель и фотореле помещают с двух сторон конвейерной ленты. К фотореле подключают электромагнитный счетчик. Изделие, двигаясь вместе с конвейерной лентой, пересекает луч света. При этом срабатывает фотореле, и электромагнитный счетчик получает импульс тока, благодаря чему его колесо поворачивается на одно деление.
Для демонстрации автоматического счета деталей при помощи фотореле изготовлена действующая модель электромагнитного счетчика (рис. 195).
Подключите его к фотореле и проходите или проводите рукой между осветителем и фотореле, прерывая луч света. Счетчик будет считать число прерываний света.
Вид счетчика сзади дан на рисунке 196. Обмотка электромагнита выполнена из 6000 витков медной проволоки диаметром 0,15 мм, общим сопротивлением 400 Ом. Сердечник на нижнем конце имеет винтовую нарезку, благодаря которой он при помощи гайки прикрепляется к подставке счетчика. Я^орь 6 изготовлен из полоски железа толщиной 2—2,5 мм. С одного конца к якорю припаяна проволока, служащая для него осью. На нее надета пружина 7, которая приподнимает якорь после выключения тока. На втором конце якоря укреплена собачка 2.
Храповик 4 изготовляют следующим образом. На плотной бумаге циркулем проводят концентрические окружности радиусом 28 и 30 мм. Окружности делят на 24 части, проводят радиусы и вычерчивают зубцы. Затем нарисованный храповик вырезают ножницами, наклеивают на алюминиевую пластинку толщиной 2 мм и напильником выпиливают зубья. В центре храповика просверливают отверстие, в которое вставляют ось. Храповик закрепляют на оси шпонкой или припаивают. Стойку / под ось храповика делают из листового железа или латуни. Ее укрепляют шурупами на подставке счетчика. Ось храповика вставляют в отверстие стойки и закрепляют шпильками. Из фанеры вырезают циферблат 3 и укрепляют на подставке угольником 5. Стрелку циферблата припаивают к небольшой трубе из жести, а последнюю плотно надевают на ось храповика.
Большое преимущество такого автоматического счета заключается в том, что сам счетчик деталей можно удалить от рабочего места и установить на контрольном щите. Подобные счетчики могут приме-
няться для определения числа посетителей музеев, выставок, метро и т. д. На этом же принципе основана автоматическая сортировка деталей по цвету и форме, автоматический контроль размеров и качества деталей.
Электрический «сторож». Если инфракрасный луч направить так, чтобы он путем многократного отражения от зеркальных систем попал в итоге в фотореле, то создается своеобразный невидимый «забор» и подобное устройство служит для целей охраны помещений.
Индикатором нарушения этого невидимого «забора» может быть или световой сигнал, получаемый в специальном помещении охраны, или звуковой сигнал (сирена, звонок).
Для опыта используйте электрический звонок, который подключите к фотореле. Для получения инфракрасных лучей осветитель прикройте специальным светофильтром. Теперь при всяком прерывании видимого или невидимого света звонит звонок.
Фотореле, автоматически открывающее двери. В угольной промышленности в горизонтальных горных выработках — штреках — для регулировки потока свежего воздуха, поступающего от вентиляторов, устанавливают на некотором расстоянии друг от друга плотно закрывающиеся двери (в штреках их сотни). Но по штрекам движутся электровозы с вагонетками, перед которыми необходимо своевременно открывать и закрывать эти двери, что выполняют с помощью фотореле.
Фотоэлемент устанавливают над дверью и закрывают решеткой из черных металлических пластинок, ограждающей фотоэлемент от действия посторонних источников света (электрических ламп шахтеров). На электровозе устанавливают специальную фару, дающую яркий пучок параллельных световых лучей. Лучи света проникают сквозь решетку и воздействуют на фотоэлемент. В фотоэлементе возникает электрический ток, который усиливается и приводит в действие реле. Реле включает двигатели, открывающие двери; после прохождения поезда дверь автоматически закрывается.
Автоматическое открывание дверей можно наблюдать на действующей модели (рис. 197).
Рис. 197Рис. 197Модель ворот изготовлена из листового железа. На перекладине ворот укреплено электромагнитное реле. К якорю реле припаян стержень, который удерживает створки ворот после их закрытия.
Рис. 197
Рис. 197
Фотореле и осветитель помещают по разным сторонам модели дверей, так что луч света, попадающий на фотоэлемент от осветителя, перекрывает вход в дверь. Ворота подключают к фотореле. Всякое прерывание луча света заставляет срабатывать фотореле. При этом замыкается цепь, в которой находится электромагнитное реле ворот. Якорь реле притягивается, стержень, удер-
живающий створки ворот, приподнимается, и створки под действием пружин автоматически открываются.
Опыт с воротами протекает очень интересно, если использовать заводной игрушечный автомобиль. Автомобиль, двигаясь, прерывает луч света, открываются ворота, и он въезжает.
Пушка, стреляющая при помощи фотореле. Ствол модели пушки выточен, причем в задней (казенной) части внутренний диаметр сделан несколько больше, чем в передней. В заднюю (казенную) часть ствола плотно вставляют своеобразный замок (рис. 198, /) с рожками на внутреннем конце. Рожки представляют собой две проволоки, из которых одну припаивают к телу замка, а вторую пропускают через эбонитовую втулку (рис. 198, 2). Перед демонстрацией рожки соединяют тонкой никелиновой проволокой. Концы проводника, по которым подводится электрический ток, прикрепляют к замку. Один конец припаивают к телу замка, второй — к проволоке, проходящей через эбонитовую втулку.
По бокам замка имеются два выступа. Благодаря этим выступам, которые входят вначале в продольные разрезы ствола, а затем при повороте в боковые разрезы, замок удерживается в стволе при выстреле.
Для зарядки пушки замок вынимают и со стороны задней части ствола вставляют небольшой кусочек измятой газетной бумаги, который служит в качестве пыжа. Пыж должен быть очень слабым. Затем всыпают небольшой заряд пороха, предварительно измельченного в порошок. Замок вставляют. Пушку подключают к фотореле, которое при определенных условиях замыкает цепь. Никелиновая проволока нагрева-
Рис. 199Рис. 199ется и сгорает, порох вспыхивает, и происходит выстрел.
Рис. 199
Рис. 199
Фотореле на фотосопротивлении. Для его сборки возьмите фотосопротивление ФС-К1, электромагнитное реле типа РПУ-1 или МКУ-48 с сопротивлением обмотки 1000—2000 Ом и более, диод Д7Ж, конденсатор на 6 мкФ и лампу. Соберите приборы по схеме (рис. 199).
Включите фотореле в сеть и освещайте фотосопротивление. При освещении последнего сопротивление уменьшается, а сила тока увеличивается. При некоторой силе тока электромагнитное реле
срабатывает, лампа загорается или гаснет в зависимости от того, к каким клеммам она подключена.
Подключите к контактам реле вместо лампы звонок, двигатель и т. п. и пронаблюдайте работу реле.
Обратите внимание на значение конденсатора в цепи. Он подключен параллельно обмотке реле, и его якорь нс вибрирует, реле срабатывает. Если его отключить, то якорь реле вибрирует, лампа не загорается.
ПОЯСНЕНИЯ К ОПЫТАМ
При нагревании давление воздуха внутри бутылки увеличивается, оно становится больше атмосферного; поэтому часть воздуха выходит из бутылки до тех пор, пока давление внутри нс станет равным атмосферному.
Подъем воды в трубке объясняется тем, что воздух в колбе нагревается от рук и давление его увеличивается.
Уменьшение уровня жидкости в трубке объясняется тем, что вначале нагревается колба и объем ее увеличивается.
Когда стакан остынет, давление воздуха в нем уменьшится и тогда атмосферное давление заставит часть воды войти под стакан. Атмосферное давление должно уравновешиваться давлением воздуха в холодном стакане плюс гидростатическое давление столба воды под стаканом.
Когда температура воздуха в банке понизилась, давление его уменьшилось. Лист бумаги стал удерживаться атмосферным давлением. Кроме того, здесь играют роль силы молекулярного сцепления, так как кромка банки была влажной.
Надо зажечь бумагу, положить се на маленький поплавок из пробки, пламя накрыть стаканом. Воздух в нем нагреется, давление увеличится, и часть воздуха выйдет. Оставшийся в стакане воздух через некоторое время охладится, давление уменьшится. Под действием атмосферного давления вода войдет в стакан, освобождая монету.
Это объясняется упругостью воздуха.
Опыт объясняется третьим законом Ньютона.
Лопасти вентилятора толкают воздух в одном направлении, а тележка с вентилятором перемещается в другом, что соответствует третьему закону Ньютона.
При выходе пары эфира взаимодействуют с загнутыми концами трубок по третьему закону Ньютона. Пары приобретают движение в одном направлении, а трубки вместе с пробиркой — в противоположном.
В первом случае динамометр преодолевает нс только силу тяжести гири, но сообщает ей ускоренное движение.
Во втором — гиря падает, и часть ее силы тяжести идет на сообщение гире ускоренного движения вниз.
Удар молотка приходится по телу, имеющему достаточно большую массу. Изменение импульса этого тела незначительно. Отсюда действие молотка на стакан незначительно.
В кузнице — наковальня, нижний боек с шаботом у пневматических и паровых молотов.
При резком выбивании кольца из-под монеты время взаимодействия указанных тел мало, поэтому небольшая сила трения, действующая на монету, не может сообщить последней скорость в горизонтальном направлении. Практически монета сохраняет состояние покоя по инерции, но при удалении опоры падает в бутылку.
21, 22, 23, 24. См. предыдущий ответ.
При медленном перемещении время взаимодействия между полотенцем и стулом достаточно, чтобы сила трения сообщила стулу некоторую скорость. При выдергивании полотенца рывком время взаимодействия мало. Импульс силы, действующей на стул, мал, следовательно, мало изменение импульса стула. Практически скорость стула остается равной нулю. Он по инерции сохраняет состояние покоя.
См. предыдущий ответ.
Ногтем пальца вызывают движение скатерти рывками в направлении на себя. Скатерть движется вместе с монетой, затем срывается с ногтя и рывком перемещается обратно, а монета вслед- ствии инерции остается. Этот процесс периодически повторяют до тех пор, пока монета не выйдет из-под стакана.
. При вращении частицы диска (цепочки, стержня) вследствие инерции удаляются от оси вращения. При горизонтальном расположении диска большее число частиц удалено на большее расстояние от оси вращения, чем при вертикальном.
Холодный, более плотный, воздух удаляется от оси вращения, а теплый, менее плотный, приближается, чем и объясняется отклонение пламени.
На каждый из дисков действуют две силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. В начале движения равнодействующая этих сил, направленная вниз, больше для металлического диска, поэтому он будет двигаться с большим ускорением. Но с увеличением скорости сила сопротивления воздуха увеличивается и становится равной силе тяжести. В итоге оба диска будут двигаться равномерно, но металлический диск — с большей скоростью.
Во втором случае сопротивление воздуха преодолевает только металлический диск, а сила тяжести сообщает обоим телам равные ускорения, не зависящие от масс.
Скомканный лист бумаги падает быстрее, так как на него действует меньшая сила сопротивления со стороны воздуха.
. При некотором минимальном числе оборотов, когда вода не выливается из банки при прохождении ею верхней точки, на воду действует только земное тяготение. Сила тяготения в верхнем положении вызывает у воды изменение скорости по направлению. В этом простейшем случае вода испытывает в верхней точке невесомость.
Расположение хомутика на нулевом делении указывает на то, что при падении груз не оказывал действия на динамометр, т. е. он находился в состоянии невесомости.
Пробка снимается с конца проволоки, если сообщить воде вращательное движение.
Палку или другое тело кладут на указательные пальцы правой и левой руки. Сближают пальцы под палкой. Они сходятся под ее центром тяжести.
Выступающий конец иглы обламывают, чтобы удар молотка приходился на всю поверхность пробки, которая пружинит. В результате почти вся сила удара воспринимается латунной пластинкой (монетой) через иглу. Площадь опоры иглы о пластинку (монету) мала, поэтому возникает большое давление, благодаря которому пластинка (монета) пробивается.
Вертикальная линия, проведенная через центр тяжести системы из пробки с вилками, проходит через точку опоры. Причем центр тяжести лежит ниже точки опоры, а при этом условии система находится в устойчивом равновесии.
39, 40, 41, 42. См. предыдущий ответ.
Для подобной системы центр тяжести находится внутри угла, образованного вилками. Вертикальная прямая, проведенная через центр тяжести, проходит через точку опоры спичечной головки, поэтому система находится в равновесии.
Человек теряет равновесие при одновременном поднятии левой руки и ноги, так как прямая, проведенная через центр тяжести, перестает пересекать площадь опоры.
Вес песчинок, которые падают, компенсируется силой удара песчинок о дно весов.
Узлы шелковой нити развязываются из-за малого трения.
Сила давления со стороны линейки на пальцы изменяется при движении. Следовательно, изменяется и сила трения между пальцами и линейкой. Если один палец расположен ближе к центру, чем другой, то на него сила давления действует больше. Между ним и линейкой действует большая сила трения, тогда перемещается второй палец и т. д.
Сцепление цилиндров обусловлено взаимодействием молекул. При плоских поверхностях цилиндров большее число молекул одного цилиндра будет взаимодействовать с большим числом молекул другого цилиндра. В итоге сила взаимодействия между цилиндрами будет большой.
Это явление используется в процессах пайки, сварки, склеивания, окраски и т. п.
Пластинки удерживаются силами взаимодействия молекул.
Подъем тарелки с мылом объясняется взаимодействием молекул тарелки и мыла.
. Равновесие весов нарушится в результате взаимодействия молекул воды и стекла. Перетянет правая чаша весов. На левую чашу весов будет действовать сила, направленная вверх, а на правую — сила, действующая вниз.
Явление объясняется поверхностным натяжением, которое обусловлено взаимодействием молекул.
Плавание пластинки с гирей на поверхности воды объясняется поверхностным натяжением.
. Поплавок со спиралью удерживается в воде силами поверхностного натяжения.
Эфир и мыльный раствор уменьшают поверхностное натяжение, поэтому пробирка всплывает.
Объясняется опыт тем, что вода удерживается поверхностным натяжением, которое обусловлено силой взаимодействия молекул поверхностного слоя.
Вода не смачивает парафин, поэтому образуется пленка поверхностного натяжения, которая удерживает воду.
Мыло уменьшает поверхностное натяжение воды, и спички под действием большего поверхностного натяжения чистой воды расходятся к краям тарелки.
Струйки сливаются под действием сил поверхностного натяжения.
. Камфара при растворении понижает поверхностное натяжение воды у картона с одной стороны. Пластинка движется в сторону большего поверхностного натяжения.
. Вода является поверхностно активным веществом для бумаги, поэтому прочность последней уменьшается. Керосин нс является поверхностно активным веществом для бумаги.
Внутренняя пробирка удерживается атмосферным давлением и силами взаимодействия между молекулами воды и стекла. Вода является смачивающей жидкостью по отношению к стеклу, поэтому она стекает по поверхности пробирки. Под действием же вышеуказанных сил пробирка поднимается вверх.
Можно. Полоску сукна нужно расположить так, чтобы се концы находились в обоих стаканах (рис. 200). В полоске сукна имеются капиллярные сосуды, благодаря которым она играет роль сифона. Опыт протекает медленно (сутками). Однако можно наблюдать, как вода поднимается по капиллярным сосудам материи.
Это явление используют, например, для поливки цветов. Ведро с водой устанавливают на подставку, а цветы — на пол. Кусок бинта опускают одним концом в ведро с водой, а другим — на землю цветка. Таким образом происходит самостоятельный полив цветов.
При разрежении воздуха под колоколом перчатка раздувается под действием давления воздуха, находящегося в ней.
Пробка вылетает под действием избыточного давления воздуха в склянке, которое возникает в результате разрежения воздуха под колоколом.
Раздувание пленки происходит под действием давления воздуха колбы.
Прогибание пленки внутрь объясняется тем, что при откачивании часть воздуха из колбы вышла. Когда впустили воздух под
колокол, то давление с внешней стороны оказалось выше давления воздуха в колбе. В результате пленка продавилась.
Вес человека распределяется на опору так, что его давление равно давлению столба воды.
При накачивании внутри колбы (бутылки) создается повышенное давление воздуха на воду. Под действием этого давления вода бьет фонтаном.
Аналогичное явление используется в практике при добыче нефти. На нефтяных промыслах для повышения давления нефти под землю накачивают воду или газ. В результате фонтанирование нефти усиливается.
Если через одну из трубок вдувать в сосуд воздух, то давление воздуха на воду повысится и вода через вторую трубку будет переливаться в пустой сосуд (рис. 201).
Первоначально равные концы цепочки уравновешивали друг друга. Подняв один конец цепочки, мы нарушили равновесие. Длинный, более тяжелый конец стал перетягивать. Аналогичное явление наблюдается при переливании жидкости сифоном.
В опытной установке простого сифона резиновую трубку удобнее рассматривать как состоящую из двух колен: одного, более длинного, с большим столбом жидкости, и другого — с меньшим столбом жидкости. Более длинный столб жидкости обладает большей силой тяжести и перетягивает короткий. Кроме того, нужно учитывать атмосферное давление, которое противодействует разрыву столба жидкости в трубке.
Когда отпустили палец, вода вытесняет воздух из воронки на основании принципа сообщающихся сосудов. Она подойдет к узкой части воронки, обладая кинетической энергией. Ее движение будет тормозиться. По инерции вода войдет в резиновую трубку и перетечет через край сосуда. Начнется перетекание воды из одного сосуда в другой.
Прибор действует по принципу сифона.
Вода переходит из колбы в стакан в результате разности давлений воздуха в колбе и под колоколом.
Обратный переход воды обусловлен давлением воздуха, впускаемого через вентиль под колокол.
77. См. предыдущий ответ.
При вдувании воздуха давление в бутылке повышается Этим и объясняется выбрасывание пробки.
Вода удерживается атмосферным давлением.
Стекло разрушается атмосферным давлением, поскольку снизу давление становится меньше в результате разрежения.
Под действием холодной воды пары в банке конденсируются, давление резко падает и атмосферное давление ее сплющивает.
При работе насоса под стаканом было создано разрежение. Тарелка поднимается за стаканом вследствие атмосферного давления.
См. предыдущий ответ.
Втягивая воздух, мы создаем в воронке разрежение. Атмосферное давление прижимает бумагу к воронке и удерживает ее.
Листок бумаги поднимается вследствие атмосферного давления, так как в момент подъема между книгой и листком образуется разрежение.
Прижимая вантуз к чемодану, мы сокращаем объем, занимаемый воздухом, и часть его выходит из-под вантуза. При прекращении давления вантуз расправляется и под ним образуется разрежение. Внешнее атмосферное давление прижимает вантуз и чемодан друг к другу.
См. предыдущий ответ.
Фонтан объясняется атмосферным давлением и разрежением, полученным в колбе.
Крышка в бидоне с водой удерживается атмосферным давлением.
В верхней части бокала имеются сквозные отверстия, через которые течет вода при попытке напиться из него. Кроме того, в стенке бокала имеется канал с тремя выходами: один внизу внутрь бокала и два наружу — один на ручке, а второй на венчике бокала. На венчике для маскировки основного выхода имеется ряд глухих отверстий.
Если бокал взять так, чтобы перекрыть отверстие на ручке, приложить губы к выходу канала на венчике и всасывать воздух из канала в себя, то в рот будет поступать вода под действием атмосферного давления. Таким образом, человек пьет и не обливается.
Сверху на газету оказывает давление атмосферный воздух. При медленном нажатии на конец линейки воздух проникает под газету и частично уравновешивает давление на нее. При резком ударе воздух вследствие инерции не успевает мгновенно проникнуть под газету. Давление воздуха на газету сверху оказывается больше, чем внизу, и линейка ломается.
Вода удерживается атмосферным давлением. Это явление используется в ртутных барометрах.
Давление на внутреннюю поверхность резинового шара равняется атмосферному, которое уравновешивается давлением воздуха склянки и давлением упругих сил надутого деформированного шара.
Выход пузырьков обусловлен разностью давлений, возникающей при откачивании воздуха из-под колокола.
При работе насоса в пробирке создалось разрежение. Вода заполнила се под действием атмосферного давления.
В порах дерева имеется воздух, который выделяется при откачивании его из-под колокола и создаст картину «кипения» воды.
Первоначально в мыльных пузырьках воздух находится
при Атмосферном давлении. При откачивании воздуха возникает разность давлений между воздухом в пузырьке и наружным воздухом. Давление в пузырьках становится выше, и под действием его пузырьки раздуваются.
Пена опускается под действием давления наружного воздуха.
Когда конец трубки / находится в воде нижнего сосуда, в верхнем сосуде возникает разреженное пространство и вода нс может вытекать из трубки 2 вследствие атмосферного давления. В этот момент подается команда: «Вода, остановись!» Вода из нижнего сосуда через трубку 3 вытекает. Уровень се понижается. Конец трубки / оказывается над водой. Через нее проникает воздух в верхний сосуд. Давление там становится равным атмосферному, и через трубку 2 начинает течь вода. Подается команда: «Вода, вытекай!» Уровень в нижнем сосуде повышается, так как вода из него вытекает медленнее, чем поступает. Конец трубки / вновь оказывается в воде ил. Д.
Ученик следит за положением конца трубки / и подает команду.
При горении бумаги воздух нагревается, давление увеличивается и часть воздуха выходит. После того как бутылку накроют ладонью, воздух охладится и там возникает разрежение. Бутылка удерживается на ладони атмосферным давлением.
См. предыдущий ответ.
При горении воздух нагревается. Послед закрытия банки процесс горения прекращается. Воздух начинает охлаждаться. В банке возникает разрежение, благодаря которому она прижимается к фанере атмосферным давлением. Втягивание резины объясняется также атмосферным давлением.
На этом явлении основано лечение с помощью медицинских банок.
См. предыдущий ответ.
Фарфор или фаянс обладает большей плотностью, чем вода, поэтому при опускании блюдца ребром оно тонет.
При опускании блюдца дном на воду оно погружается в воду на такую глубину, при которой объем вытесненной воды по силе тяжести равен силе тяжести блюдца, что соответствует условию плавания тел на поверхности воды.
См. предыдущий ответ.
Соленая вода имеет большую плотность, чем картофель, поэтому он в ней плавает. Чистая вода имеет меньшую плотность, поэтому картофель тонет.
Вначале в сосуд был налит водный раствбр поваренной соли, на поверхности которого яйцо плавало. Затем подливали воду, плотность которой меньше плотности яйца.
ПО. В процессе горения постепенно убывает сила тяжести, действующая на свечу. Для ее равновесия выталкивающая сила должна уменьшаться, а это возможно только с подъемом свечи.
Во втором случае объем пробирки с трубкой уменьшается, что приводит к уменьшению выталкивающей силы при той же силе тяжести, и пробирка тонет.
Первоначально сила тяжести поплавка равна выталкивающей силе. В холодной воде выталкивающая сила больше, а в теплой— меньше.
При нагревании давление воздуха в пузырьке увеличивается и часть воды из него вытекает. Общая сила тяжести пузырька с водой становится меньше выталкивающей силы. Пузырек всплывает.
Плотность керосина меньше, поэтому он поднимается вверх.
Указанная пробирка ведет себя как тело, плавающее на поверхности воды. Ес сила тяжести уравновешивается архимедовой силой, равной силе тяжести воды, вытесненной пробиркой. Причем часть объема пробирки находится над водой. В первом случае он равен объему палочек, находящихся над водой, во втором — обусловлен частью пробки.
Давление, производимое на пленку, передастся воздуху, а через него воде. Она по закону Паскаля передает давление во все стороны без изменения. Воздух, имеющийся в пузырьке, сжимается, объем воды в нем увеличивается. Общая сила тяжести пузырька с водой становится больше выталкивающей силы, и пузырек тонет.
При прекращении давления на пленку часть воды из пузырька выходит. Общая сила тяжести пузырька с водой становится меньше выталкивающей силы, и поэтому пузырек всплывает.
На этом явлении основаны погружение и всплытие подводных лодок. Перед погружением в них заполняют водой балластные камеры. При подъеме вода из камер вытесняется сжатым воздухом.
При вдувании воздуха в бутылку повышается его давление, которое передается водой во все стороны. Воздух в пробирке сжимается, уровень воды в трубке повышается. В итоге сила тяжести пробирки вместе с водой становится немного больше выталкивающей силы и она тонет.
При выпускании воздуха часть воды выходит из трубки. Общая сила тяжести пробирки с водой становится меньше выталкивающей силы, и она всплывает.
. На цилиндр, а следовательно, и на правую чашу весов, будет действовать архимедова сила, направленная вверх. Обозначим ее через F. По третьему закону Ньютона цилиндр через воду будет действовать на левую чашу весов вниз с силой F. В итоге разность сил будет равна 2F. Для доказательства возьмите ведерко Архимеда, дважды заполните водой и вылейте в пустой сосуд, находящийся на правой чаше весов. Весы придут в равновесие.
. Явление объясняется законом Паскаля и архимедовой силой. Внутри спичек имеются пузырьки воздуха. При увеличении давления пузырьки уменьшаются. Общая сила тяжести спичек с водой становится больше выталкивающей силы, и они тонут. При уменьшении давления пузырьки увеличиваются в объеме. Общая сила тяжести спичек с водой становится меньше выталкивающей силы, и они всплывают.
Равновесие объясняется тем, что сила тяжести воздуха в шаре приблизительно равна выталкивающей силе. Таким объяснением можно ограничиться в VI классе.
1 "Т 1 ТР = -~-тпи2 = — ри2оо1 "Т 1 ТР = -~-тпи2 = — ри2ооНа внеклассном занятии бтвет можно дополнить. Давление воздуха в шаре несколько больше атмосферного. Тогда на основании
1 "Т 1 Т
Р = -~-тпи2 = — ри2оо
1 "Т 1 Т
Р = -~-тпи2 = — ри2оо
уравнения молекулярно-кинетической теории
плотность воздуха в шаре больше плотности окружающего воздуха и, следовательно, сила тяжести воздуха в шаре несколько больше выталкивающей силы. Этим объясняется незначительное перетягивание после выпуска воздуха из оболочки шара чашей с разновесками.
Уровень воды в сосуде понижается. Во втором случае металлические гирьки вытесняют меньший объем воды во столько раз, во сколько их плотность больше плотности воды.
Плотность фарфора больше плотности воды. Чашка при плавании вытесняет больший объем воды, чем при опускании ее на дно. Уровень воды в сосуде понизится.
125*. Явление объясняется законом Бернулли. При продувании воздуха скорость его движения между стенками воронки и бумажного конуса больше, чем за основанием конуса. А где скорость меньше, та^ давление воздуха больше. Следовательно, давление воздуха на основании конуса больше. Это давление удерживает его в раструбе воронки.
126*. См. предыдущий ответ.
127*. В струе воздуха, где скорость его больше, давление меньше, чем в окружающем неподвижном воздухе. В итоге на шарик с боков действуют силы, которые удерживают его в струе, а снизу на шарик действует аэродинамическое давление, которое уравновешивает силу тяжести шарика.
128*, 129*. См. предыдущий ответ.
130*. Струя воздуха, проходя между стаканом и шаром, понижает здесь давление. Тогда шар с другой стороны испытывает большее давление, которым он прижимается к стакану и производит удар. В момент соприкосновения поток воздуха прерывается между ними и шар отходит от стакана, но описанное явление повторяется. В итоге мы слышим периодические удары шара по стакану.
131*. Явление объясняется законом Бернулли. Сверху цилиндра давление будет меньше, а снизу больше, поэтому он поднимается.
132*, Струя воды увлекает за собой прилегающий слой воздуха. Когда шарик подносят к струе, происходит следующее: вблизи струи воздух движется с некоторой скоростью и давление здесь меньше, чем по другую сторону шарика. В итоге за счет разности давлений на шарик действует сила, прижимающая его к струе.
133*. См. предыдущий ответ.
134*. Явление объясняется законом Бернулли.
135*. Каждый цилиндр совершает сложное движение, участвуя одновременно в поступательном и вращательном движении. При вращении поверхность цилиндра увлекает слой воздуха, прилегающий к нему. В результате скорость движения воздуха относительно цилиндра с одной стороны (слева) будет меньше, а с другой (справа) — больше. Давление на цилиндр будет больше со стороны
воздуха там, где его скорость меньше, и наоборот, что следует из закона Бернулли. Это добавочное давление очень мало и сказывается только на бумажном цилиндре.
136*. Подъем цилиндра мц сможем объяснить, если внимательно рассмотрим рисунок 60. Сплошной стрелкой без оперения указано направление движения цилиндра. Стрелками с оперением показано движение воздуха относительно цилиндра. Вблизи поверхности цилиндра в результате сил трения воздух увлекается и двигается (на рисунке показано пунктирными стрелками). В итоге скорость движения воздуха снизу цилиндра меньше скорости движения воздуха сверху. По закону Бернулли там, где скорость меньше, давление больше, а где скорость больше, давление меньше. Следовательно, снизу давление на цилиндр будет больше, поэтому он поднимается.
Далее скорость движения уменьшается, разность давлений на цилиндр также уменьшается и он под действием силы тяжести начинает опускаться.
7*. Опыт объясняется законом Бернулли. При продувании воздуха наблюдается уменьшение давления между дисками. Давление снаружи оказывается больше, и нижний диск прижимается к верхнему.
9*. За экраном образуются завихрения, из-за которых пламя отклоняется в обратную сторону относительно потока.
0*. За неподвижным диском образуются завихрения и область пониженного давления. В эту область и перемещается свободно насаженный диск.
Равные грузы могут сохранить равновесие на рычаге только в том случае, если длины плеч рычага равны, что и было вначале. Когда мы согнули один конец проволоки вдвое, то плечо рычага укоротилось вдвое и другой конец проволоки перетянул, так как сила тяжести этого конца приложена в точке, лежащей вдвое дальше от шнура, являющегося точкой опоры рычага.
При трении теплоприемник нагревается, его внутренняя энергия увеличивается. Давление воздуха в теплоприемнике повышается, что и отмечает манометр.
В первом случае воздух в колбе нагревается, давление его повышается, что и отмечает манометр.
Во втором — воздух охлаждается, давление его уменьшается, что и показывает манометр.
Когда мы перекрываем зажимом трубку, жидкость в этом колене манометра чуть-чуть опускается, а во втором колене на столько же поднимается. В результате этого в первом колене давление уменьшается и оно противодействует дальнейшему понижению уровня жидкости в манометре.
При нагревании колбы 2 (рис. 64) воздух в ней нагревается. Давление воздуха в колбе увеличивается, что приводит к увеличению давления воздуха в правой колбе. Когда давление воздуха в правой колбе окажется выше атмосферного, вода поднимается по трубке / и образуется фонтанчик.
Латунная сетка обладает хорошей теплопроводностью. Благодаря этому оца отводит теплоту и быстро передает се воздуху. Это свойство латунной сетки используется в устройстве шахтных ламп.
Теплота от электрической плитки передается воде. Температура бумажной коробки не достигает температуры воспламенения.
Теплота бумаги отводится гирей. Температура бумаги ниже температуры горения.
Последнее явление указывает на плохую теплопроводность воды.
При горении спички возникают восходящие конвекционные потоки, которые вызывают подъем чаши весов.
Когда горящую свечу накрывают стеклянной цилиндрической трубкой, доступ кислорода к свече ухудшается. Пламя ее уменьшается.
При подъеме трубки улучшается доступ кислорода к горящей свече, улучшается тяга.
Бумажная перегородка делит трубку на две части. По одной из них перемещаются вверх теплые струи воздуха, содержащие продукты горения, а по другой вниз — холодные. Таким образом, улучшаются условия доступа кислорода, процесс горения усиливается, пламя свечи увеличивается.
Под давлением проволоки происходит таяние льда. Процесс таяния связан с поглощением теплоты, которая отнимается от окружающей среды, в том числе от воды над проволокой. В итоге вода над проволокой замерзает.
Соль вызывает усиленное таяние снега. Этот процесс связан с поглощением теплоты. В результате вода замерзает (снег и соль берут в соотношении 3:1).
В результате конденсации водяных паров давление резко уменьшается, и вода из стакана под действием атмосферного давления поступает в колбу.
Эфир в колбе испаряется. Давление газа повышается, в результате чего возникает фонтан.
Лучше пользоваться эфиром. Он испаряется, что связано с поглощением теплоты, которая отнимается от колбы и находящегося в ней воздуха. В результате давление в колбе падает. Вода под действием атмосферного давления поднимается.
При охлаждении уменьшается давление воздуха в бутылке. Соска под действием атмосферного давления сжимается, а затем и втягивается в бутылку.
Происходящий при пониженном давлении процесс кипения сопровождается поглощением теплоты, чем объясняется понижение температуры воды и ее замерзание.
При откачивании воздуха из-под колокола уменьшается его давление. Эфир начинает кипеть при пониженном давлении. Образование паров эфира сопровождается поглощением теплоты, которая отнимается от эфира, стакана, пробирки с водой. В результате вода замерзает.
В опыте наблюдается испарение эфира, которое связано с поглощением теплоты. Последняя берется от стенок баночки и воды. Вода замерзает.
См. ответ к 155.
При движении термометра эфир испаряется, на что затрачивается теплота. Температура воздуха около ртутного шарика термометра понижается, и водяные пары, содержащиеся в нем, становятся насыщающими. Они конденсируются на вате, а затем образуют мельчайшие кристаллы снега.
Под капелькой образуется упругий слой пара. Он является плохим проводником теплоты, поэтому капля испаряется медленно.
При сжатии груши давление над водой увеличивается, что приводит к повышению точки кипения.
При обливании колбы холодной водой водяные пары конденсируются, давление в колбе понижается, вода кипит при пониженном давлении и температуре ниже 100°С.
При нагревании вода в трубке переходит в пар. Давление его повышается. Пробка вылетает под действием силы давления пара, причем пробка и трубка взаимодействуют по третьему закону Ньютона.
От нагретой пластинки слюда расширяется и увеличивается в толщине. Это вызывает отклонение латунной Пластинки в одну из сторон. С другой стороны происходит то же самое. Пластинка отклоняется обратно и т. д. Таким образом наблюдается переход внутренней энергии нагретой пластинки в механическую, получается своеобразный тепловой двигатель.
В банке образуется смесь воздуха с водородом, которая сгорает взрывообразно.
На опыте наблюдается принцип действия тепловой машины. Мы имеем нагреватель, рабочее тело (анилин) и холодильник. Рабочее тело получает энергию от нагревателя и за счет части ее совершает работу по преодолению силы тяжести и силы трения. Другую часть энергии рабочее тело отдает холодильнику (верхним слоям воды и окружающей среде).
При нагревании анилина плотность его уменьшается и становится меньше плотности воды при той же температуре, поэтому он поднимается. Вверху анилин охлаждается, плотность его увеличивается и становится больше плотности воды. Поэтому он опускается.
Наблюдается электризация резины о металл ножниц.
Электризуются оба тела.
При ударе диска о ладонь наблюдается электризация двух разнородных тел.
Да. Электризацию следует проводить толстым слоем газеты.
При соприкосновении эбонитовой палочки со стержнем электрометра происходит электризация. Если коснуться пальцем стержня, стрелка приходит в нулевое положение.
Наблюдается электризация резиновой трубки в результате соприкосновения двух разнородных тел: резины и движущегося воздуха.
Аналогичное явление наблюдается при перекачивании через шланги различных газов, жидкостей, в особенности нефтепродуктов (бензина, керосина и т. д.).
Наблюдается электризация песка и воронки как двух разнородных тел в процессе соприкосновения.
Эбонитовая палочка является изолятором. Если касаемся шарика одной точкой палочки, то заряд переходит на электрометр только с нее. Заряды с других точек палочки не переходят на электрометр.
Если эбонитовой палочкой проводим по шарику, то при этом снимаем заряды с большего числа точек. В результате^ электрометр получает большой заряд.
Когда подносим наэлектризованную расческу к ножницам, на них наводятся заряды, которые взаимодействуют с зарядами поднесенного тела. В результате взаимодействия зарядов ножницы приходят в движение.
На листе бумаги, открытке электрическое поле заряда пластины по индукции наводит заряд, который взаимодействует с зарядом пластины.
При работе машины нити заряжаются разноименно и, взаимодействуя, притягиваются.
Движение гильзы от одного полюса к другому объясняется ее периодической перезарядкой.
Движение гильзы вокруг полюса происходит по следующим причинам. Допустим, гильза заряжена отрицательно и двигается в сторону положительно заряженного полюса. При приближении к нему происходит перезарядка гильзы. Положительный полюс отталкивает положительно заряженную гильзу, но она продолжает двигаться по инерции и делает круг вокруг полюса.
При работе машины на ее полюсах (лейденских банках) скапливаются неодинаковые заряды, что объясняется некоторой утечкой заряда с машины в землю. В результате разрядки на лейденских банках остается одноименный небольшой заряд, который и обнаруживает подключенный электрометр.
Когда наэлектризованную палочку подносят к струе, то в ней наводятся заряды, которые взаимодействуют с зарядами палочки. В результате струя отклоняется в сторону палочки.
Кусочки фольги, находясь на одной из пластин, приобретают заряд этой пластины и под действием электрического поля двигаются к другой пластине, где перезаряжаются и вновь двигаются обратно и т. д.
Выход кусочков фольги из промежутка между пластинами объясняется следующим образом: допустим, что все кусочки фольги одновременно зарядились от одной пластины и начали двигаться. Они имеют одноименные заряды. Взаимодействуя между собой, они отталкиваются и постепенно удаляются, т. с. выходят за пределы пластин.
Допустим, мы подносим к электрометру наэлектризованную эбонитовую палочку. На ней избыток электронов, которые создают
вокруг электрическое поле. Последнее, действуя на электрометр, вызывает перераспределение зарядов на нем, т. е. электризацию. При касании шара электрометра пальцем другой руки одноименные заряды (электроны) относительно наэлектризованной палочки уходят в землю (на удаленный конец). На электрометре оказывается недостаток электронов, но избыток положительного заряда, что и обнаруживается после удаления пальца и палочки.
Первоначально электроны распределяются по всему электрометру: шару, стержню, стрелке. Если к электрометру поднести положительно заряженное тело, то электрическое поле вызывает перемещение электронов со стержня и стрелки к шару. При некотором расстоянии между палочкой и электрометром весь избыточный заряд, состоящий из электронов, оказывается вверху. Стрелка находится в нулевом положении.
Если снова будем приближать заряженную палочку к электрометру, электрическое поле вызывает дальнейшее перемещение электронов к шару. В итоге на стержне и стрелке оказывается недостаток электронов, но избыток положительного заряда, что и отмечает электрометр.
В опыте наблюдается процесс преобразования механической энергии в энергию электрического тока (в энергию свечения газа).
В воздухе всегда имеются ионы, которые под действием сил электрического поля приходят в движение. Скорость и кинетическая энергия ионов возрастает. Они сталкиваются с нейтральными атомами, молекулами и вызывают их ионизацию. Этот процесс связан с поглощением энергии. Одновременно наблюдается обратный процесс — процесс рекомбинации. Этот процесс связан с излучением энергии. Этим и объясняется свечение газа.
Полюс электрофорной машины следует соединить проводником с электрометром Брауна. Зарядив его, убираем проводник с помощью изолятора. Затем, наэлектризовав палочку из органического стекла о газету, подносим се к электрометру. Если угол отклонения стрелки уменьшается, то полюс имеет отрицательный заряд, и наоборот.
Благодаря явлению электростатической индукции под действием электрического поля заряженного султана на руке наводятся электрические заряды, которые взаимодействуют с заряженными бумажными полосками султана.
На колесе Франклина по индукции наводятся заряды, плотность их на остриях достаточно большая. На нейтральные молекулы воздуха, находящиеся вблизи острия, действуют электрические силы, которые вызывают распад молекул на ионы. Разноименно заряженные ионы относительно заряда острия притягиваются и нейтрализуются. Одноименно заряженные ионы, взаимодействуя с зарядами на остриях, приходят в движение, одновременно начинают двигаться и острия, т. е. колесо, которое приобретает вращательное движение.
На пластинах, внесенных в электрическое поле, по индукции возникают заряды.
В электрическом поле трубка электризуется, и ее заряды взаимодействуют с зарядами пластин.
. Стеклянная трубка в электрическом поле поляризуется.
В электрическом поле струя воды электризуется и отклоняется в сторону ближайшей пластины. Вода, попадая на пластину, снимает с нее заряд, и тогда она моментально притягивается к другой пластине, которая имеет заряд. Происходит снятие заряда с другой пластины, и струя вновь притягивается к первой пластине и т. д.
На выступах и остриях проводника плотность электрических зарядов может быть большой. В этом случае электрическое поле вблизи острия вызывает ионизацию молекул воздуха. Возникающие ионы образуют поток, направленный от острия, что обнаруживается по поведению пламени свечи.
Частицы дыма, находясь в электрическом поле, электризуются. Под действием сил электрического поля они перемещаются к электродам.
Наблюдаемое явление объясняется электростатической индукцией и стеканием зарядов с концов стрелки и стержня. В итоге корпуса электрометров заряжаются разноименно, между ними возникает разность потенциалов и искровой разряд.
В первом случае под действием электрического поля пластины плексигласа на электрометре наводится заряд. Можно дать другое объяснение. Электрометр измеряет потенциал точки поля, в которой он находится. Лист жести экранирует электрометр от действия электрического поля пластины. На листе по индукции наводится заряд противоположного знака относительно заряда пластины. Этот заряд будет связан с зарядом пластины. Одноименный заряд уходит в землю, так как лист жести заземлен через тело человека (лист может быть заземлен, т. е. соединен проводником с водопроводной трубой или с системой отопления).
Пластина плексигласа в электрическом поле поляризуется и сама создает электрическое поле, но слабое. Это поле действует на электрометр, что мы и наблюдаем.
Опыт доказывает, что внутри металлического тела напряженность электрического поля равна нулю.
Пластмассовая кружка, как диэлектрик, поляризуется в электрическом поле. Поляризованный диэлектрик вызывает перераспределение зарядов на электрометре. Часть зарядов переходит от стрелки и стержня на шар. Поэтому угол отклонения стрелки уменьшается. Внутри диэлектрика электрическое поле не равняется нулю.
. Стрелка электрометра отклонится. Он будет показывать разность потенциалов между заряженным телом и землей.
При сообщении корпусу заряда последний по индукции наводит заряд противоположного знака на стрелке и стержне.
. Вначале корпус и стержень со стрелкой имели один и тот же потенциал. Разность потенциалов равна нулю. Сняв заряд со стержня, мы создаем разность потенциалов между корпусом и стержнем. Это отмечает электрометр.
217*. Стрелка отклоняется, если между стрелкой, стержнем и шаровым кондуктором, с одной стороны, и корпусом — с другой имеется разность потенциалов. После соединения корпуса с кондуктором потенциалы их выравниваются и стрелка приходит в нулевое положение.
При касании рукой корпуса мы его заземляем. В результате между кондуктором и корпусом возникает разность потенциалов, что отмечает электрометр.
218*, 219*. См. предыдущий ответ.
Допустим, корпус зарядили положительным зарядом, электрическое поле которого вызывает перемещение свободных электронов от шара к стрелке и нижнему концу стержня. Когда подносим руку к шару, электрическое поле его наводит небольшой отрицательный заряд на руке, а это, в свою очередь, ведет к увеличению отрицательного заряда на стрелке и нижнем конце стержня. Когда рукой касаемся шара, мы соединяем его с землей. Свободные электроны переходят с земли на шар и нейтрализуют положительный заряд шара. В итоге увеличивается отрицательный заряд проводника, состоящего из шара, стрелки и стержня, что приводит к увеличению угла отклонения стрелки.
Или можно сказать, что наблюдается увеличение разности потенциалов между корпусом и шаром.
Когда касаемся рукой изолированного корпуса, мы как бы увеличиваем размеры проводника: корпус электрометра, тело человека и земля. Часть заряда переходит с корпуса на землю. Другая часть остается на корпусе, так как она связана с зарядом шара, стержня и стрелки. Поэтому угол отклонения стрелки уменьшается. Аналогичное явление происходит при следующих касаниях шара, а затем корпуса.
См. предыдущий ответ.
Если поднести отрицательно заряженную палочку к шару, масть свободных электронов с шара переходит на стрелку и нижний конец стержня, этим и объясняется уменьшение угла отклонения стрелки.
Если поднести эту же палочку снизу к корпусу, на последнем происходит перераспределение зарядов. Под действием сил электри- псского поля заряда палочки часть свободных электронов с внешней поверхности корпуса внизу переходит на внутреннюю. Электрическое поле внутри электрометра усиливается, угол отклонения стрелки увеличивается.
При поднесении к корпусу положительно заряженного тела происходит перемещение части электронов на внешнюю поверхность. Внутри корпуса увеличивается положительный заряд, т. с. уси- ’швается электрическое поле, что и отмечает электрометр.
Когда подносим к шару электрометра сверху положительно заряженное тело, то часть электронов переходит от стрелки и стержня К шару. Электрическое поле между стрелкой и стержнем с одной стороны и корпусом — с другой ослабевает, что и отмечает электрометр.
Когда соединили оба электрометра с помощью проводника и пробного шарика, то незаряженный электрометр показывает значение потенциала заряженного. Все точки шара как внутренней, так и внешней поверхности имеют одно и то же значение потенциала.
При касании пробным шариком, который соединен с электрометром, произошел частичный переход заряда с заряженного электрометра на второй до выравнивания потенциала.
Вокруг наэлектризованного тела существует электрическое поле. Если коснуться лампочкой палочки, возникает кратковременный ток по цепи: лампочка, тело человека и земля.
. При натирании лампочки возникает электризация баллона, что приводит к возникновению разности потенциалов и электрического разряда в лампе между электродами.
В опыте наблюдается процесс преобразования механической энергии в энергию электрического тока (в энергию свечения газа).
В воздухе всегда имеются ионы, которые под действием сил электрического поля приходят в направленное движение. Скорость и кинетическая энергия ионов возрастают. Они сталкиваются с нейтральными атомами, молекулами и вызывают их ионизацию. Этот процесс связан с поглощением энергии. Одновременно наблюдается обратный процесс — процесс рекомбинации. Этот процесс связан с излучением энергии. Этим и объясняется свечение газа.
. Жесть экранирует трубку от действия электрического поля.
Притяжение верхней пластины объясняется взаимодействием противоположных зарядов.
Пластина из оргстекла является диэлектриком, который под действием электрического поля поляризуется. Таким образом, в ней возникают связанные электрические заряды, которые и удерживают верхнюю пластину после разряда электрофорной машины и пластин конденсатора.
Яркие вспышки в баллоне лампы дневного света, когда ее подносят к столу, трубе, объясняются уменьшением сопротивления цепи: электрофорная машина, человек, лампа, стол (труба), земля.
Свечение объясняется возникновением искровых разрядов в промежутках между кусочками фольги под действием высокого напряжения, которое подводится от электрофорной машины или вторичной обмотки высоковольтного преобразователя.
После внесения шарика на нем по индукции появятся заряды. Он притянется к заряженной пластине, получит от нее заряд и начнет двигаться в электрическом поле к незаряженной пластине. Движение шарика будет наблюдаться до выравнивания потенциалов обеих пластин.
Диэлектрик и проводник в электрическом поле электризуются по индукции. Заряды диэлектрика являются связанными, поэтому заряженный маятник притягивается к диэлектрику и прекращает колебаться. Заряды проводника нс связаны. Имеются свободные электроны. Маятник, притягиваясь к проводнику, обменивается с ним зарядами.
Когда электрометр заряжен положительно и соединен со станиолем, то внешняя поверхность колбы заряжается положительно. При горении лампы с раскаленной спирали вылетают электроны, которые двигаются в сторону положительного заряда. Оседая на внутренней поверхности колбы, электроны создают поле, которое нейтрализует внешнее поле. При прогревании стекла электроны проникают через него, и заряды нейтрализуются.
Раствор минеральных солей, содержащихся в картофеле, и разнородные проволоки образуют гальванический элемент.
Вода всегда содержит в растворенном состоянии минеральные соли. При опускании двух разнородных пластин мы получаем гальванический элемент.
Всякий источник тока обладает сопротивлением, которое называется внутренним. Оно зависит от расстояния между пластинами и площади, погруженной в раствор.
При растворении поваренной соли в воде сопротивление элемента уменьшается, а сила тока увеличивается.
254. См. предыдущий ответ.
В первом случае положительным электродом является уголь, а во втором — медь.
В результате использования угольных электродов в опытах с растворами электролитов в порах оказались частицы солей, щелочей. При опускании электродов в дистиллированную воду происходит растворение этих частиц. В итоге возникает раствор электролита.
Возникновение тока объясняется неоднородностью угольных электродов, при опускании которых в раствор мы получаем гальванический элемент.
Мы имеем гальванический элемент. Изменение силы тока объясняется изменением внутреннего сопротивления элемента, которое зависит от расстояния между электродами и площади поперечного сечения электродов, опущенных в раствор электролита. Эта площадь в опыте определяется толщиной струи.
Положительный полюс щелочного аккумулятора замкнут на корпус. Поэтому проводник, присоединенный к отрицательному полюсу и замкнувшийся на корпус, дает короткое замыкание. Проводник нагревается, а аккумуляторы разряжаются. При работе со щелочными аккумуляторами надо следить за тем, чтобы проводники, присоединенные к полюсам, нс касались корпуса аккумуля- горов.
До красного каления нагреваются железные проволоки, так как они имеют большее удельное сопротивление, чем медные. Это явление используется в электрическом освещении, в различных тепловых электроприборах: нить электрической лампы, спираль плитки, утюга и т. д. изготовляют из специальных сплавов, обладающих большим удельным сопротивлением. Проводники, подводящие ток к нити лампы, спирали плитки, утюга и т. д., изготовляют из металлов, обладающих малым удельным сопротивлением. В результате нить лампы, спираль плитки, утюга и т. д. под действием
тока накаливаются, а проводники, подводящие ток, почти не нагреваются.
Падение напряжения наибольшее на никелиновой проволоке, поэтому лампа, подключенная параллельно к ней, будет горсть ярче, так как падение напряжения на ней будет такое же, как и на никелиновой проволоке. На медной проволоке оно небольшое, и лампа, подключенная параллельно ей, не будет гореть.
Раздвигая концы проводников в разные стороны, мы увеличиваем напряжение, подводимое к лампе.
Увеличивая силу тока в цепи, мы увеличиваем напряжение на участке, к которому подключена лампа.
Бумажные полоски препятствуют охлаждению тех участков проволоки, которые они прикрывают.
Витки спирали раскаляются сильнее, так как сила тока в спирали увеличивается и соответственно выделяется большее количество теплоты.
Каждое звено цепочки с поверхности окислилось. Этот поверхностный окислившийся слой обладает плохой электропроводностью. Сначала, когда цепочка свободно провисла, все ее звенья соприкасались, цепь была замкнута, но тока нс было, так как общее сопротивление цепи было очень большим. При натягивании цепочки в местах соприкосновения се звеньев поверхностный окислившийся слой постепенно нарушался, общее сопротивление цепи уменьшалось и сила тока возрастала, что мы и наблюдали.
При протекании тока по замкнутой цепи сильнее всего нагреваются участки, обладающие наибольшим сопротивлением. Последнее будет наблюдаться в местах соприкосновения соседних звеньев цепочки.
Сильное нагревание штепсельной розетки и вилки наблюдается при плохих контактах между штепселями вилки и гнездами штепсельной розетки, между отдельными частями вилки или розетки. Для устранения сильного нагревания нужно исправить все контакты.
При дуновении спираль лампы охлаждается, сопротивление ее уменьшается. Сила тока в цепи увеличивается, поэтому низко вольтная лампа горит ярче.
При нагревании спирали спичкой увеличивается се сопротивление. Сила тока в цепи и накал низковольтной лампы уменьшаются.
При перемещении ползунка реостата вправо общее сопро тивленис цепи увеличивается. Показания вольтметра, амперметра будут меньше. Степень накала лампы уменьшится. Для опыта нужно взять реостат на 100 Ом и лампу мощностью 100 Вт.
Ученики должны догадаться, что магазин сопротивлений отключен. Падения напряжения на магазине сопротивлений практи чески нет, что и отмечает вольтметр.
При параллельном соединении силы токов в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям. Сопротивление тол стого проводника в несколько раз меньше тонкого, а сила тока в нем в несколько раз больше. Согласно закону Джоуля — Ленца, количество теплоты, которое выделяется в проводнике, пропорции
нально квадрату силы тока. Отсюда следует нагревание толстого проводника.
При подключении вольтметра сопротивление цепи уменьшается, сила тока увеличивается.
Реостаты включены последовательно, и напряжение сети распределяется между ними. Когда замыкают ключ, лампа закорачивает сопротивление одного из реостатов. Моментально происходит перераспределение напряжения. При этом лампа будет гореть.
При нагревании спирали сопротивление ее возрастает. Так как она подключена параллельно к гальванометру, то сила тока
в нем увеличивается.
При нагревании сопротивление стержня уменьшается, по нему начинает течь ток большей силы, по обмотке гальванометра меньшей.
Спираль лампы накаливания изготовляется из вольфрама, а проволочки-электроды в основном состоят из меди. Таким образом, мы имеем термоэлемент. При нагревании одного его спая в цепи возникает термоэлектрический ток.
При положении выключателя «Включено» лампа 2 шунтирована и не горит. При положении выключателя «Выключено» лампы
соединены последовательно и горят вполнакала.
Здесь могут быть два случая. 1 — лампы взяты разной мощности, горит лампа меньшей мощности. 2 — лампы взяты на разнос напряжение: одна — на 6,3 В, вторая — на 2,5 В. Горит первая.
Реостат включают как потенциометр, параллельно обмотке которого присоединяют лампу (рис. 202).
1. Л1 всегда будет гореть с большим накалом, чем Л2. 2. При перемещении ползунка влево накал обеих ламп увеличивается.
На поставленный вопрос часто можно слышать ответ, что накал второй лампы не изменится, так как они были соединены параллельно.
Обращаем внимание учащихся на реостат и просим выяснить его роль. Напряжение, которое подводится к цепи, распределяется между лампами и реостатом. Выполняются простые расчеты и дока
зывается, что при параллельном соединении лампы горят под напряжением примерно 70 В. Когда вывертывается одна из ламп, то вторая горит под напряжением примерно НО В.
При среднем положении ползунка падение напряжения на лампах будет одним и тем же. Поэтому они горят с одинаковым накалом. При смещении ползунка, допустим, вправо падение напряжения будет разным. На левой лампе оно больше, поэтому она горит с большим накалом.
Лампы 2 и 3 будут горсть одинаково, по с меньшим накалом, чем лампа /.
Накал уменьшается, так как часть энергии электрического тока идет на вращение якоря двигателя. Падение напряжения на обмотках двигателя при его работе увеличивается, а на нити лампы уменьшается. Такое объяснение может быть дано в VII классе.
Более строгое объяснение таково. При раскручивании якоря электродвигателя в его обмотке возникает ЭДС самоиндукции, которая ведет к уменьшению силы тока в цепи и, следовательно, к уменьшению силы тока, протекающего через нить лампы.
295*. Когда все лампы взяты одинаковой мощности и напряжения, то разность потенциалов между точками В и D равна нулю. Ток на участке BD отсутствует. Если лампа 3 будет, с мощностью, отличной от мощности других ламп, то происходит перераспределение напряжения на лампах 1 и 3. В результате потенциалы тачек В и D будут Неодинаковы, и на участке BD возникает ток.
Проверить исправность плавких предохранителей можно с помощью вольтметра или обыкновенной электрической лампы- пробника. Концы проводников, идущие от лампы-пробника, присоединяют к клеммам, расположенным выше пробок. Если лампа горит, то во внешней цепи есть ток.
Концы проводников, идущие от лампы-пробника, присоединяют к клеммам: слева — выше пробки, справа — ниже пробки. Если лампа горит, то правый предохранитель исправен.
Концы проводников, идущие от лампы-пробника, присоединяют к клеммам: слева — ниже пробки, справа — выше пробки. Лампа не горит. Следовательно, левый плавкий предохранитель неисправен.
При исправных предохранителях неоновая лампа будет шунтирована проводником (предохранителем 2). Во втором случае лампы оказываются соединенными последовательно. Неоновая лампа обладает очень большим сопротивлением по сравнению с сопротивлением нити обычной лампы, поэтому почти все напряжение падает на неоновую лампу. Она горит. Через нить лампы накаливания ток протекает. В этом можно убедиться на опыте. Выверните лампу накаливания. Перестает горсть и неоновая лампа.
301*.При поднесении к электроду трубки отрицательно заряженной эбонитовой палочки положительные ионы двигаются к электроду и выбивают с его поверхности электроны, которые вызывают свечение экрана.
302*. В процессе коронного разряда наблюдается стекание заряда, который протекает через обмотку гальванометра, что и обнаруживает прибор.
303*. Подъем разряда происходит под действием магнитного поля тока подводящих проводов, присоединенных к выводам вторичной обмотки катушки, и конвекционных потоков нагретого воздуха. Направление действующей силы со стороны магнитного поля на электрический разряд находится по правилу левой руки.
Рисунок 203 поясняет действие магнитного поля на разряд. Цифрами / и 2 указаны проволоки, стрелками обозначены направления тока и магнитного поля для какого-то момента времени. Если одновременно изменяется направление тока и магнитного поля, то направ-
ление действия силы остается тем же (сила, действующая на разряд, направлена вверх).
В опыте наблюдается взаимодействие параллельных и антипараллельных токов. При взаимодействии параллельных токов катушек они притягиваются, а анти- параллельных — отталкиваются.
В первом случае по катушкам протекали параллельные токи, которые при взаимодействии притягиваются. Во втором случае токи были антипараллельными, которые при взаимодействии отталкиваются. Поэтому во втором случае катушка оттолкнулась, перевернулась, токи стали параллельные и катушка вновь притянулась.
Наблюдаемое явление объясняется взаимодействием магнитных полей магнита и катушки с током.
В опыте наблюдается взаимодействие параллельных токов. Токи одного направления притягиваются. Моток сжимается.
При выключении цепи исчезает ток, исчезают силы притяжения. Моток под действием упругих сил восстанавливает свою первоначальную форму.
Полоска фольги раздвигается, так как в свисающих участках токи имеют противоположное направление.
Полоска надевается на сердечник в результате взаимодействия магнитных полей токов катушки и фольги.
При протекании тока по Обмотке катушки возникает магнитное поле, которое вызывает намагничивание сердечника. На нижнем конце сердечника возникает магнитный полюс, противоположный магнитному полюсу верха катушки. Происходит взаимодействие магнитных полюсов, в результате чего катушка поднимается.
См. предыдущий ответ.
При протекании тока по обмотке катушки возникает магнитное поле, которое вызывает намагничивание сердечника. В результате взаимодействия магнитных полей катушка подпрыгивает.
См. предыдущий ответ. Здесь уместно говорить о взаимодействии в соответствии с третьим законом Ньютона.
Пластинки, находясь в магнитном поле тока, намагничиваются. В каждый момент времени на концах пластинок образуются одноименные полюсы, поэтому они и отталкиваются.
Во втором случае наблюдается взаимодействие магнита и гвоздей через картонку (стекло), которая оказывается зажатой между магнитом и гвоздями.
См. предыдущий ответ.
Железная пластинка, находясь в магнитном поле, намагничивается. Причем на ближайшем конце пластинки возникает разноименный полюс относительно полюса подносимого магнита. Разноименные полюсы при взаимодействии притягиваются.
В этом случае будет больше напряженность магнитного поля в промежутке полюс — пластинка.
Мы получили три полюса: два по концам и один в середине^ Подобное явление используется в магнитной записи звука.
Булавку достают магнитом.
Находясь в магнитном поле, иголка намагничивается и притягивается к магниту. При нагревании горящей спичкой магнитные свойства ее теряются. Остыв, она вновь намагничивается.
Внесение железной пластинки в зазор между магнитом и иглой с замыканием полюсов приводит к замыканию магнитных линий через пластинку. Игла размагничивается и падает под действием силы тяжести.
Во втором случае пластинка и игла, находясь в магнитном поле, намагнитились. На взаимодействующих концах образовались одноименные полюсы, которые при взаимодействии отталкиваются.
С внешней стороны магнитное поле ослабевает. В результате сила притяжения уменьшается.
Магнитное поле в основном будет замкнуто якорем. Притяжение ослабевает, и шар падает.
В первом случае магнитное поле между полюсами усиливается и все шурупы, образующие гирлянду, остаются висеть. Во втором случае напряженность магнитного поля с внешней стороны магнитных полюсов уменьшается.
Когда свели концы намагниченной линейки, то исчезло внешнее магнитное поле, которое намагничивало гвоздь.
Железная пластинка является шунтом, по которому происходит частичное замыкание магнитного поля. В результате сила взаимодействия между якорем и полюсами магнита уменьшается и груз с якорем падает.
Шунтирование магнита прибора приводит к уменьшению его магнитного поля. В результате чего взаимодействие магнитного поля магнита и тока уменьшается.
Иголки, находясь в магнитном поле, намагничиваются. Причем на концах, расположенных к полюсу, образуются разноименные относительно магнита, но одноименные между собой полюсы. Взаимодействуя, они отталкиваются.
На каждый из магнитов действует сила отталкивания, сила притяжения и сила тяжести. Возьмем четыре нижних магнита. На каждый из них действует сила отталкивания, направленная сверху вниз. На магнит Л такая сила нс действует, поэтому расстояние между Л и В наибольшее. Этот вывод можно проверить. Если надеть на палочку еще один магнит, то расстояние между Л и В уменьшится.
Расстояние между первым и вторым магнитом снизу наименьшее, так как на второй магнит действуют силы отталкивания, направленные вниз, со стороны 3, 4 и 5 магнитов.
Вторая катушка нс обнаружила магнитного поля, когда по ней пропускали ток. Она имеет бифилярную обмотку: половина витков создает магнитное поле одного направления, вторая поло-
вина создает магнитное поле другого направления. Они компенсируют друг друга, следовательно, магнитное поле около второй катушки равно нулю.
340. Наблюдаемые явления объясняются взаимодействием магнитных полей тока и постоянных магнитов.
Каждая полоска фольги с током находится в магнитном поле электрического тока другой полоски. Токи разных направлений отталкиваются при взаимодействии их магнитных полей, что и наблюдается.
Во втором опыте происходит взаимодействие параллельных токов одинакового направления.
Все железные предметы дома, в школе и на улице находятся в магнитном поле Земли. Под действием этого поля они намагничиваются, причем нижняя часть предмета обнаруживает северный магнитный полюс, а верхняя — южный.
См. предыдущий ответ.
Проволока была намагничена и устанавливается в поле Земли, как магнитная стрелка.
Сердечник электромагнита обладает остаточным магнетизмом. При размыкании магнитопровода (сердечника) наблюдается изменение магнитного поля около катушки, что приводит к возникновению ЭДС и тока в витках катушки.
348. См. предыдущий ответ.
При перемещении стержня от полюса к полюсу он перемагничивается. В результате магнитное поле внутри стержня и вокруг него изменяется. Это изменение магнитного поля возбуждает в катуЩке ЭДС индукции, а последняя в цепи создает ток.
В данном опыте наблюдается преобразование механических колебаний стержня в колебания электрического тока. Подобное явление наблюдается при воспроизведении звука с грампластинок.
Возникновение индукционного тока в катушке гальванометра объясняется изменением магнитного поля.
Вместе со стрелкой гальванометра в магнитном поле движется и катушка. В катушке возникает ЭДС индукции, а под действием ЭДС в замкнутой цепи из двух гальванометров возникает электрический ток. При протекании тока по катушке второго гальванометра она поворачивается в магнитном поле вместе со стрелкой.
При замыкании цепи наблюдается рост магнитного поля, что приводит к возникновению в алюминиевом кольце ЭДС индукции и индукционного тока. Токи в катушке и кольце имеют противоположное направление, а такие токи при взаимодействии отталкиваются. При размыкании цепи в кольце возникает индукционный ток того же направления, что и в катушке. Одинаковые по направлению токи при взаимодействии притягиваются.
В первом случае наблюдается максимальное изменение магнитного поля сквозь контур катушки, в витках возникает индукционный ток, который вызывает горение лампы. Во втором — витки параллельны вектору индукции магнитного поля и в них не возникает ток.
Во втором случае ЭДС индукции, возникающие в каждой из катушек, направлены навстречу друг другу.
В опыте указывалось, что проводник был согнут вдвое. В каждой части проводника возникал индукционный ток, но они были противоположного направления и компенсировали друг друга.
Более правильное объяснение может быть дано через ЭДС. В каждой части возникает ЭДС, но ЭДС одной части равна и противоположна по направлению ЭДС другой. Следовательно, тока в катушке нет.
В первом опыте труба действует как магнит, поскольку она находится в магнитном поле Земли. Во втором — поворот вызывает перемагничивание ее в поле Земли, что приводит к изменению магнитного поля около катушки и к возникновению индукционного тока в ней.
При ударе увеличивается степень намагничивания трубы. В результате наблюдается изменение магнитного поля, которое приводит к возникновению тока.
При перемагничивании в процессе удара наблюдается большее изменение магнитного поля, что приводит к возникновению большего тока.
В витках возникает ток под действием магнитного поля Земли.
При замыкании цепи наблюдается возникновение магнитного поля, при размыкании — исчезновение магнитного поля. Следовательно, в том и другом случае вторичная катушка находится в изменяющемся магнитном поле и в ней возникает ток, что отмечает гальванометр. То же наблюдается при изменении сопротивления первой цепи.
Когда в первичной цепи течет постоянный ток, магнитное поле постоянно и во второй катушке не возникает индукционный ток, что и отмечает гальванометр.
. Электрометр показывает разность потенциалов между концами вторичной обмотки, т. е. он обнаруживает электрическое поле, которое возникает в незамкнутом проводнике, когда около проводника наблюдается изменение магнитного поля.
Опытная установка представляет собой действующую модель микроветроэлектростанции.
361*. При замыкании цепи звонка ток протекает через обмотку электромагнита. Вокруг обмотки создастся магнитное поле. Сердечник намагничивается и притягивает якорь. Цепь размыкается. Магнитное поле исчезает. При исчезновении магнитного поля в обмотке электромагнита возникает ЭДС самоиндукции. Она значительно больше ЭДС батареи аккумуляторов. ЭДС самоиндукции вызывает электрический удар. Так как прерывания тока наблюдаются непрерывно, то непрерывно создается ЭДС самоиндукции и следуют электрические удары. В этом опыте электрические удары слабые, совершенно безопасные. Учащиеся бросают трубки с проводами от неожиданности.
При размыкании цепи в катушке возникает ЭДС индукции, которая вызывает вспышку лампы.
В описанных опытах мы наблюдаем явление самоиндукции. Лампа в цепи с дроссельной катушкой загорается позже, так как в момент замыкания цепи в обмотке возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует росту силы тока.
При замыкании сердечника катушки в обмотке возникает ЭДС самоиндукции, которая вызывает кратковременное уменьшение силы тока. Поэтому накал лампы временно уменьшается.
При размыкании сердечника ЭДС самоиндукции приводит к кратковременному росту силы тока. Накал лампы увеличивается.
При работе звонка в обмотке электромагнита возникает ЭДС самоиндукции. Она достаточно большая, чтобы вызвать горение неоновой лампы. Вследствие ЭДС самоиндукции обмотка звонка обладает большим сопротивлением относительно лампы накаливания. Наибольшее падение напряжения в цепи будет на звонке. На лампе накаливания падение напряжения будет небольшим, поэтому нить ее нс накаливается.
Во втором случае ЭДС самоиндукции в обмотке звонка нс возникает. Падение напряжения на звонке будет меньше, чем в первом опыте. Оно недостаточно, чтобы вызвать горение неоновой лампы. Падение напряжения на лампе накаливания достаточно для ее горения.
. При замыкании цепи падение напряжения на катушке больше из-за ЭДС самоиндукции. Потенциал точки В больше потенциала точки Д. Через гальванометр течет ток от В к Д.
При размыкании цепи падение напряжения на катушке уменьшается из-за ЭДС самоиндукции. Потенциал точки Д больше потенциала точки В. Ток течет от Д к 6.
На участке АВ ток отсутствует, когда потенциалы точек Диб одинаковы (в младших классах, скажем, напряжение между точками Диб равно нулю. Его можно измерить вольтметром).
На вторую часть смотри предыдущий ответ.
При наличии звонка происходит периодическое замыкание и размыкание электрической цепи. Это приводит к возникновению ЭДС самоиндукции в катушке. ЭДС самоиндукции противодействует росту силы тока в цепи, и низковольтная лампа не накаливается. Эта же ЭДС в несколько раз больше, чем напряжение батареи, вызывает свечение неоновой лампы.
При выключении звонка сила тока в цепи будет больше, чем в предыдущем случае, что и вызывает накал лампы, а неоновая лампа не светится, так как для нее напряжение батареи очень мало.
. Нить лампы накаливается вследствие токов самоиндукции.
Во втором случае основная часть энергии передается из первичной катушки во вторичную и расходуется на возникновение разряда между электродами.
Опыт нс противоречит закону электромагнитной индукции. В каждом отдельном участке возникает ЭДС индукции. Причем
в одной части ЭДС имеет одно направление, а во второй — другое. Общая ЭДС в проводнике равна нулю. Гальванометр тока нс обнаруживает.
Под действием переменного магнитного поля, существующего вокруг катушки, в металлическом кольце возникают индукционные токи. Они и вызывают нагревание кольца.
Нагревание тел индукционными токами используется в электрометаллургии для плавки металла, нагревания деталей при их обработке (закалка, прокатка и т. п.).
Сильное нагревание медного кольца и слабое — медной обмотки катушки объясняется различными силами тока в них.
Допустим, на один сердечник поместили две одинаковые катушки с равным числом витков. По одной катушке пропустили переменный ток, тогда во второй катушке индуцируется ток, равный по значению.
Если вторая катушка имеет меньшее число витков, то в ней индуцируется больший ток, т. с. ток в трансформаторе обратно пропорционален числу витков.
В нашем опыте вторая катушка состоит из одного витка — кольца, в нем индуцируется больший ток, чем в витках первой катушки.
Медное и алюминиевое кольца находятся в переменном магнитном поле. В каждом из них возникает ЭДС индукции, а под действием ее — индукционные токи. Эти токи в кольцах имеют одинаковое направление. Параллельные токи одинакового направления при взаимодействии притягиваются.
Когда перемещаем медное кольцо вниз, то на алюминиевое действуют следующие силы:
Сила, обусловленная взаимодействием токов колец, направлена вниз.
Сила тяжести направлена вниз.
Сила, обусловленная взаимодействием токов кольца и катушки, направлена вверх.
Когда третья сила окажется больше первых двух, тогда алюминиевое кольцо отрывается от медного и поднимается вверх.
В каждом из колец под действием переменного магнитного поля возникает ЭДС индукции. В сплошном кольце благодаря ЭДС возникает индукционный ток, магнитное поле которого взаимодействует с магнитным полем катушки с током. В результате взаимодействия (по правилу Ленца) сплошное кольцо подпрыгивает. В разрезанном кольце возникает ЭДС индукции, но тока нет, и кольцо остается в покос.
Кольцо, находясь в магнитном поле, нагревается, сопротивление его растет, а сила тока в кольце уменьшается. Следовательно, силы взаимодействия между током кольца и током катушки уменьшаются.
При надевании сплошного алюминиевого кольца на сердечник возникает индукционный ток» магнитный поток которого имеет противоположное направление относительно магнитного потока
катушки с током. В результате индукционное сопротивление катушки убывает, а сила тока возрастает.
375*. Подключение батареи конденсаторов к самодельной катушке приводит к тому, что токи в обеих катушках будут иметь одинаковое направление. Токи одного направления при взаимодействии притягиваются, что и наблюдается в опыте.
При отключении батареи конденсаторов токи в катушках будут противоположного направления. Такие токи при взаимодействии отталкиваются.
376*. При включении емкостной нагрузки токи совпадают по направлению в первичной и вторичной цепях. Они создают одинаковые по направлению магнитные потоки, что приводит к значительному увеличению индуктивного сопротивления. Последнее влияет на уменьшение силы тока в первичной цепи.
При замыкании вторичной катушки трансформатора накоротко в ней возникает индукционный ток, который, по правилу Ленца, имеет противоположное направление относительно тока первичной цепи. Противоположные токи при взаимодействии отталкиваются, поэтому показания динамометра уменьшаются.
Для регулирования накала лампы нужно взять сердечник и ввести внутрь соленоида. Накал уменьшается. Если сердечник замкнуть, то накал уменьшается до исчезновения свечения. Наблюдаемое явление объясняется увеличением сопротивления катушки.
Вращение стрелки обусловлено взаимодействием магнитных полей магнита и стрелки.
Вращение кольца объясняется взаимодействием магнитного поля индукционного тока, который возникает в кольце, с вращающимся магнитным полем постоянного магнита.
. При вращении магнитов наблюдается изменение магнитного поля относительно алюминиевого сосуда. В нем возникают индукционные токи, магнитное поле которых взаимодействует с изменяющимся магнитным полем.
381*. При вращении магнита относительно диска мы имеем вращающееся магнитное поле. В диске возникают индукционные токи (токи Фуко), магнитное поле которых взаимодействует с наводящим магнитным полем. В результате диск приходит в движение. Это явление используется в счетчиках электроэнергии, в спидометрах.
Неоновая лампа светится прерывисто, совершая 100 вспышек за 1 с. Это обусловлено колебаниями напряжения в сети. Зрительное впечатление сохраняется в течение 0,1 с. Промежутки времени, соответствующие затуханиям лампы, измеряются сотыми долями секунды. В результате зрительные впечатления от вспышек неоновой лампы не успевают исчезать. Мы видим непрерывное горение, когда она неподвижна.
При движении по окружности моменты, соответствующие вспышкам и затуханиям лампы, разделены в пространстве.
Емкость конденсаторов разная. Конденсатор большей емкости включен с лампой, которая горит ярче, и наоборот.
Конденсатор меньшей емкости обладает большим сопротивлением, что следует из формулы R = —!— (в опыте используются
Сео
бумажные конденсаторы емкостью 2 и 8 мкФ).
При замыкании полюсов электромагнита увеличивается сопротивление обмотки. При этом основное падение напряжения будет на обмотке электромагнита. Падение напряжения на лампе недостаточно для ее накала.
При всяком торможении ротора увеличивается возникающая в нем ЭДС. Это приводит к росту индукционного тока в обмотке ротора и к усилению магнитного поля.
Магнитное поле ротора ослабляет магнитное поле статора. При уменьшении индукции магнитного поля уменьшается ЭДС самоиндукции в обмотках статора, которая должна уравновешивать напряжение сети. Поэтому сила тока в статоре увеличивается.
Будет гореть, если второй провод от лампы идет к водопроводной трубе, к трубе отопительной системы. Здесь могут быть два случая: если линейное напряжение в сети 220 В, то
лампа, рассчитанная на 220 В, горит вполнакала;
лампа, рассчитанная на 127 В, горит полным накалом.
387*. 1. Это можно выполнить с помощью лампы-пробника. Одним проводом от нее касаемся клеммы (гнезда розетки), а вторым — водопроводной трубы или водяного отопления. Если лампа горит, то к клемме (гнезду) подходит фазовый провод. Если она не горит, то нулевой.
Это же можно проверить неоновой лампой. Касаемся пальцем винтовой нарезки цоколя неоновой лампы, а основанием цоколя — клеммы. Если лампа горит, то к клемме подходит фазовый проводник. Если она не горит, то нулевой.
Ключи (шарик) находятся во вращающемся магнитном поле. В них возникают индукционные токи, магнитное поле которых взаимодействует с магнитным полем тока статора.
. В первый момент происходит максимальное изменение потока магнитной индукции относительно катушки. В ней возникает максимальная ЭДС. При вращении катушки изменение потока индукции уменьшается.
Вращение катушки объясняется взаимодействием магнитного поля индукционного тока с магнитным полем тока статора. В разомкнутой катушке ток не возникает.
Лампы включены в цепь трехфазного тока звездой, а амперметр находится в нулевом проводе. При одинаковой нагрузке на каждую фазу ток отсутствует в нулевом проводе.
В катушках протекают токи, сдвинутые по фазе на 180°, т. е. их максимумы наступают в разное время. Магнитное поле этих токов вращающееся. Оно наводит в диске индукционные токи, магнитное поле которых взаимодействует с вращающимся магнитным полем. В результате диск приходит во вращение.
Когда вторичная катушка не замкнута, а первичная включена в сеть, то трансформатор работает без нагрузки или, говорят, работает вхолостую. Передача электрической энергии из первичной катушки во вторичную нс происходит. Индуктивное сопротивление первой катушки с замкнутым сердечником большое, и сила тока в ней протекает малая. Поэтому нить лампы не накаливается.
Замыкание вторичной катушки приведет к возникновению в ней индукционного тока, магнитное поле которого вызывает уменьшение магнитного потока, создаваемого током первой катушки. Это вызывает уменьшение ЭДС самоиндукции, возникающей в первичной обмотке. Следовательно, напряжение, прикладываемое к первичной обмотке, окажется в ней больше ЭДС самоиндукции. Это приведет к увеличению силы тока в первой катушке, что мы и наблюдаем по увеличению накала нити лампы.
Магнитный поток выходит из одного конца сердечника трансформатора, часть его проходит через сердечник электромагнита и входит в другой конец.
При перемещении электромагнита вниз магнитный поток, проходящий через сердечник электромагнита, уменьшается, что приводит к уменьшению возникающей ЭДС индукции в обмотке электромагнита. В данном опыте наблюдается трансформация тока.
При замыкании сердечника трансформатора ярмом магнитный поток будет проходить внутри его.
Мы имеем простейший трансформатор с малым КПД.
При удалении сердечника уменьшается магнитное поле внутри катушек и уменьшается передача электрической энергии из одной катушки в другую.
. В первом случае магнитные потоки катушек совпадают и в них возникает максимальная ЭДС самоиндукции, из-за которой резко возрастает индуктивное сопротивление катушек.
Во втором опыте магнитные потоки направлены навстречу друг другу. Индуктивное сопротивление катушек мало, и сила тока в цепи резко возрастает, что и наблюдается.
Катушки связаны индуктивно, магнитное поле первой катушки наводит ЭДС индукции во второй, что и отмечает вольтметр. Жесть частично экранирует вторую катушку.
При внесении в зазор листа латуни в ней возникают токи Фуко, на что расходуется часть энергии.
При накладывании ярма на сердечник происходит замыкание магнитного поля.
Когда вторая катушка находится в горизонтальном положении, то магнитные линии магнитного поля нс пронизывают се витки. Они параллельны виткам катушки, и ЭДС индукции не возникает.
От трансформатора наблюдается рассеивание магнитного поля. Под действием его в катушке на 120 В индуцируется электриче ский ток, что отмечает гальванометр.
Подключение второй катушки параллельно первой приводит к уменьшению омического сопротивления, но оно мало по сравнению с индуктивным. Поэтому сила тока в цепи практически не изменяется.
Во втором случае мы соединили концы катушек так, что магнитные потоки их оказались встречными. Индуктивное сопротивление катушек резко уменьшилось, в результате сила тока увеличилась.
При замыкании клемм второй катушки медным проводом в ней возникает индукционный ток, магнитное поле которого противоположно относительно магнитного поля тока первой катушки. Это приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции, возникающей в первой катушке, и к нарушению равновесия между приложенным напряжением и ЭДС. В итоге под действием приложенного напряжения увеличивается сила тока в первой катушке.
При разомкнутом сердечнике индуктивное сопротивление катушек стало значительно меньше.
При параллельном соединении катушек уменьшилось их омическое сопротивление, что и привело к увеличению силы тока. При подъеме индуктивное сопротивление уменьшается, что ведет к дальнейшему росту силы тока.
Объясняется взаимодействием магнитных полей катушек и сердечника.
Между полюсными наконечниками существует переменное магнитное поле, под действием которого в металлическом корпусе возникают токи Фуко, которые вызывают нагревание теплоприемника и воздуха в нем. Отсюда давление воздуха в теплоприемнике увеличивается, что отмечает манометр.
Электрическая цепь представляет собой колебательный контур. При смещении якоря изменяется индуктивность контура, изменяется период собственных колебаний контура. При некотором значении индуктивности контура частота собственных колебаний совпадает с частотой вынуждающих колебаний. Наступает явление резонанса; напряжение на катушке и конденсаторе в отдельности оказывается выше внешнего в несколько раз, что отмечается горением неоновой лампы.
См. предыдущий ответ.
407*. Катушка с конденсатором составляет колебательный контур. При изменении индуктивности и емкости мы изменяем период собственных колебаний контура. При некотором значении индуктивности и емкости контур оказывается настроенным в резонанс с частотой тока сети. В этом случае происходит «перекачивание» энергии из конденсатора в катушку и обратно. Амперметр показывает максимальную силу тока, а из внешней цепи контур почти нс потребляет энергии, на что указывает прекращение горения лампы. Это явление получило название резонанса тока.
408*. Отрицательно заряженное тело уменьшает напряженность электрического поля между анодом и катодом диода.
Во втором опыте также наблюдается уменьшение напряженности поля, так как рука человека, связанного с землей, имеет более низкий потенциал, чем анод.
409*. Сетка расположена ближе к катоду. Это приводит к увеличению напряженности электрического поля, что следует из формулы
ри
с—Т' Увеличение напряженности ведет к увеличению силы тока.
Усиление анодного тока объясняется увеличением напряженности электрического поля между сеткой и анодом.
Прикосновение руки к проводнику, соединенному с сеткой, приводит к уменьшению потенциала сетки, а это ведет к уменьшению анодного тока.
Когда подносим эбонитовую палочку, заряженную отрицательно, к пластине, наблюдается уменьшение потенциала сетки. Это приводит к спаду анодного тока. К сожалению, заряд быстро стекает благодаря недостаточной изоляции различных частей установки, и стрелка гальванометра приходит к первоначальному положению.
При поднесении положительно заряженной полоски из плексигласа к пластине приводит к увеличению положительного потенциала сетки, а это — к росту анодного тока. Электростатический заряд быстро стекает, и стрелка гальванометра приходит к первоначальному положению.
410*. В результате термоэлектронной эмиссии анод заряжается отрицательно, а катод положительно. Между ними возникает небольшая разность потенциалов, которая приводит к возникновению тока в анодной цепи.
С увеличением накала катода большее число электронов достигает анода, что и приводит к росту анодного тока.
Наблюдается явление увеличения сопротивления проводника с повышением его температуры.
Дерево лучше проводит звук, чем воздух.
Движущиеся электроны отклоняются под действием магнитного поля, что и наблюдается в первых опытах. Корпус ЭО изготовлен не из ферромагнетика.
При замкнутом сердечнике магнитное поле замыкается внутри его. При разомкнутом происходит рассеяние магнитного поля, что и обнаруживается по возникновению синусоиды ЭО.
Проводник находится в магнитном поле, изменяющемся по закону синуса, поэтому в нем возникает ЭДС, изменяющаяся по тому же закону, что отмечает ЭО.
При изменении числа витков ЭДС индукции изменяется по закону ^=пе, где е — ЭДС индукции одного витка, п — число витков и — полная ЭДС.
При замыкании сердечника петля проводника пронизывается большим магнитным потоком.
При наличии сердечника, особенно замкнутого, больший магнитный поток пронизывает витки вторичной катушки. Без сердечника происходит большое рассеивание магнитного потока. Этот опыт хорошо доказывает значение сердечника и его замкнутости для повышения КПД трансформатора.
Обратите внимание на электрическую цепь первичной обмотки высоковольтного преобразователя. Она представляет собой колебательный контур, в котором возникают электрические колебания. При разрыве цепи первичной катушки постоянный ток протекать
не может, но переменный замыкается через конденсатор. Эти колебания возникают за счет энергии разрушающегося магнитного поля.
Замыкания и размыкания цепи периодически повторяются. Отсюда циклы затухающих колебаний следуют друг за другом и подаются на экран ЭО, где они накладываются. Частота генератора развертки подбирается равной частоте циклов. В результате на экране ЭО получаем неподвижную осциллограмму затухающих колебаний.
1. Горение неоновой лампы (лампы дневного света) происходит под действием электрического поля, которое существует около электродов электронной лампы. В закрытом колебательном контуре магнитное поле сосредоточено внутри и около катушки самоиндукции, а электрическое поле — внутри и около пластин конденсатора. Последнее явление доказывает опыт с неоновой лампой.
Ослабление свечения ламп объясняется уменьшением напряженности электрического поля около электродов электронной лампы и конца витка. Это обусловлено тем, что часть энергии из закрытого колебательного контура передается в открытый, а последний ее излучает.
Прикосновение руки к открытому контуру выводит его из резонанса. В результате уменьшается передача энергии из закрытого контура. Напряженность электрического поля растет, что отмечают лампы.
1. Прикосновение руки к резонирующему контуру вызывает изменение его индуктивности и емкости, а это выводит его из резонанса.
Лист жести экранирует резонирующий контур от токов высокой частоты.
Часть энергии электромагнитного поля закрытого контура излучается открытым контуром. Отсюда резонирующий контур будет находиться в ослабленном электромагнитном поле, и сила тока в нем будет меньшей.
Изменяются индуктивность и емкость открытого контура, изменяется его собственная частота. При этом нарушается его настрой в резонанс с контуром генератора. Последний меньше излучает энергии через открытый контур.
Связь между открытым и закрытым контурами генератора ослабляется, излучение генератором уменьшается. Разонирующий контур будет находиться в усиленном электромагнитном поле, и сила тока в нем будет большей.
См. ответ на п. 4.
См. ответ на п. 1.
См. ответ на п. 5.
1. Уменьшение угла отклонения стрелки гальванометра объясняется отражением электромагнитных волн от листа железа.
На опыте наблюдается частичный прием электромагнитных волн, что объясняется явлением дифракции, т. с. огибанием препятствия — листа железа — электромагнитными волнами. Длина листа железа 1,25 м, длина электромагнитной волны, излучаемой генератором УВЧ, 2 м. Таким образом, размеры препятствия порядка длины электромаг-
нитной волны. При этих условиях происходит явление дифракции, что и наблюдается в данном опыте.
Дерево является диэлектриком, через который электромагнитные волны проходят свободно, как и через воздух, который также
является диэлектриком.
От человека, как от проводника, наблюдается отражение элек
тромагнитных волн.
В первом случае контур проводника пронизывал больший магнитный поток. При этом возникла большая ЭД С. Во втором — контур проводника пронизывался меньшим магнитным потоком. В нем возникала меньшая ЭДС, сила тока в проводнике была меньшей, что отмечала лампочка.
Медный виток расположен в электромагнитном поле высокой частоты. В нем возбуждается ЭДС высокой частоты, которая отводится через лампу к конденсатору. Здесь уместно вспомнить формулу
емкости конденсатора С = —и отметить, что емкость зависит а
от расстояния между пластинами. А именно чем меньше расстояние, тем больше емкость, и наоборот. Из анализа формулы емкостного
сопротивления/? = —— следует, что, чем больше емкость конденсатора, тем меньше сопротивление. При выполнении опыта мы наблю
даем, что при уменьшении расстояния между пластинами емкость увеличивается, а сопротивление уменьшается, накал лампы увеличивается, и наоборот.
Для токов высокой частоты медный виток представляет собой большое индуктивное сопротивление. Поэтому в параллельной цепи: лампа и виток, ток в основном течет через нить накала лампы.
Когда мы вывертываем шунтированную лампу, то ток через виток
почти нс течет и вторая лампа гаснет.
При введении железного сердечника внутрь витка его индуктивное сопротивление увеличивается, а ток уменьшается. Накал ламп слабеет.
При колебаниях витка в электромагнитном поле колеблется ЭДС, которая возникает в нем. Это сразу же сказывается на накале ламп.
В первом случае в одинарном витке под действием высокочастотного переменного магнитного поля возникали достаточные ЭДС и сила тока, чтобы вызвать накал лампы. Во второй катушке под действием переменного магнитного поля низкой частоты возникали достаточные ЭДС и сила тока, чтобы вызвать накал лампы.
Когда поменяли местами катушки, в одинарном витке под действием магнитного поля низкой частоты возникала малая ЭДС. Она
создавала малую силу тока, недостаточную для накала нити лампы. Поэтому лампа нс горела.
В катушке от прибора Томсона, находящейся в переменном магнитном поле высокой частоты, возникала ^ = еп, где е — ЭДС одного витка, а п — число витков. Но индуктивное сопротивление катушки токам высокой частоты возросло намного больше, чем ЭДС. В итоге сила тока мала, и она не может вызвать накал лампы.
На основании опыта можно сделать заключение, что плотность тока высокой частоты не везде одинакова по сечению проводника. Она больше к поверхности проводника и меньше к его средней части. Это явление называется скин-эффектом, или поверхностным эффектом, или кожным эффектом. Неодинаковая плотность тока по сечению проводника обусловлена неодинаковым сопротивлением. В средней части проводника индуктивное сопротивление имеет наибольшее значение для токов высокой частоты. Поэтому лампа, подключенная к концам среднего провода, нс горит.
При надевании катушки на сердечник увеличивается ее индуктивное сопротивление. При этом уменьшается сила тока, уменьшается громкость.
При увеличении частоты наблюдается аналогичная картина.
При увеличении емкости уменьшается сопротивление цепи, сила тока увеличивается, увеличивается и громкость.
При увеличении частоты уменьшается емкостное сопротивление, сила тока увеличивается, увеличивается и громкость.
С увеличением частоты генератора растет индуктивное сопротивление катушки, поэтому накал лампы уменьшается.
Емкостное сопротивление уменьшается с увеличением частоты генератора, поэтому накал лампы увеличивается.
Колебания накала ламп объясняются колебаниями силы тока.
Мы имеем колебательный контур, состоящий из емкости и катушки индуктивности. Он обладает определенной собственной частотой.
При изменении емкости или индуктивности изменяется частота собственных колебаний, которая уже нс совпадает с частотой звукового генератора. Отсюда нарушается явление резонанса, поэтому уменьшается сила тока.
Цвет тела зависит от состава падающего света и от отражательных свойств тела. При освещении слабым желтым светом наблюдается серый цвет материи, так как освещенность получается слабая. Отражение данного света от одних участков слабое, и они кажутся более темными; от других — сильнее, и они кажутся светло-серыми.
При освещении электрическим светом, содержащим в своем излучении все цветные лучи, мы наблюдаем различную окраску материи.
При освещении желтыми лучами последние практически отражаются одинаково от белого фона и рисунка, выполненного желтой краской. Последний сливается с белым фоном и перестает быть различимым. Желтый свет почти нс отражается от зеленой краски. Рисунок, выполненный зеленой краской, становится черным на желтом фоне экрана. Он виден.
Аналогично объясняется рисунок в зеленых лучах.
Колба с воздухом представляет собой линзу, оптическая плотность которой меньше оптической плотности воды. Лучи света при переходе из воды в воздух удаляются от перпендикуляра, восставленного к границе раздела двух сред.
Радужные кольца объясняются явлением дифракции. На частицах талька лучи отклоняются и интерферируют.
ВИКТОРИНЫ
ПОЯСНЕНИЯ К ВИКТОРИНАМ
Об изготовлении и использовании викторин сказано на с. 5—6. Викторины № 1 и 3 предназначены для VI класса, а № 2, 4, 5 — для VII класса. Остальные викторины — повышенной трудности, их можно использовать на внеклассных занятиях или в старших классах.
Викторины № 6, 9, 11, 12, 13 взяты из журнала «Техника — молодежи» (1950, № 1,2, 3, 5, 6), в некоторые из них внесены небольшие изменения. Остальные составлены автором. При организации викторин в школе можно воспользоваться заголовком «Знаешь ли ты физику?», как это сделано у викторины № 6.
По каждой викторине в книге даются пояснения.
ВИКТОРИНА № 3
На рисунках викторины показаны опыты, приборы, явления. Дайте объяснение каждому рисунку, обосновывая свои ответы физическими законами и явлениями.
ВИКТОРИНА № 4
В одних случаях рассматриваемое физическое явление полезно и его стремятся усилить; в других — оно вредно и его проявление пытаются ослабить. Поясните, с какими физическими явлениями вы встречаетесь, рассматривая рисунки; в каких случаях явления полезны, а в каких — вредны.
ВИКТОРИНА № 5
Расскажите, что изображено на каждом рисунке, какое физическое явление используется или находит проявление, какое действие оно оказывает.
ВИКТОРИНА № 6
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ФИЗИКУ?
Изучая физику, законы, управляющие различными физическими явлениями и процессами, мы часто сталкиваемся с постоянными величинами и коэффициентами, входящими в формулы, уравнения и т. п. На переднем форзаце вы видите некоторые из этих постоянных величин и коэффициентов, а на цветной вклейке рисунки, изображающие различные физические явления. Укажите, какой физический смысл скрыт в каждом из изображенных чисел и какой рисунок иллюстрирует то или иное число.
ВИКТОРИНА № 7
Определите, какой физический смысл скрыт в каждом из изображенных чисел (см. задний форзац) и какой рисунок на цветной вклейке иллюстрирует то или иное число.
В электротехнике и физике находят применение токи разных напряжений. На рисунках изображены электроприборы и указаны напряжения.
Приведите в соответствие рисунки и числа.
ВИКТОРИНА № 9
На рисхуках показан ряд физических явлений. Каждому соответствует своя расчетная формула. Укажите для каждого рисунка формулу, позволяющую рассчитать изображенное на нем действие.
ВИКТОРИНА № 10
Каждый закон, каждое свойство тела широко используется в технике как основа действия различных механизмов и устройств.
Но нередко бывает и так, что инженерам приходится искать пути, позволяющие ослабить те или иные физические свойства, когда они являются побочными и вредными.
Здесь приведено шестнадцать рисунков. На восьми из них изображены конструкции, полезно использующие какое-либо физическое свойство. Каждому соответствует рисунок из другой восьмерки, на котором изображена конструкция, предназначенная для ослабления действия того же самого свойства.
Найдите пары родственных рисунков и соответствующую формулу.
ВИКТОРИНА № 11
Укажите для каждого рисунка свою расчетную формулу.
ВИКТОРИНА № 12
Слева на всех рисунках изображены различные устройства, установки и приборы в их первоначальном состоянии. Догадайтесь, в результате каких переключений и воздействий или внедрения дополнительных частей в них возникли явления, изображенные на рисунках справа.
ВИКТОРИНА № 13
Для превращения одного вида энергии в другой создано множество различных устройств, машин, приборов, применяемых в промышленности и быту. Некоторые превращения энергии не имеют практического применения, но известны пути, позволяющие их осуществить хотя бы в виде опытов. На рисунках изображены устройства, машины, приборы для превращения энергии и сущность некоторых опытов, служащих этой же цели.
Найдите место каждому рисунку в клетках таблицы, расположенной в центре вклейки, учитывая, что буквы таблицы означают следующее: М — механическая энергия, В — внутренняя энергия, Э — электрическая энергия, X — химическая энергия, Л — лучистая энергия.
КРАТКИЕ ОТВЕТЫ НА ВИКТОРИНЫ
(Ответы на викторины № 3, 4, 5 даны в порядке расположениярисунков)
Викторина Не 3
Полет искусственного спутника происходит под действием земного тяготения.
При стрельбе снаряд через пороховые газы действует на орудие, а последнее аналогично действует на снаряд. Первое явление можно назвать действием, а второе — противодействием. Причем снаряд, обладающий меньшей массой, приобретает большую скорость в одном направлении, а орудие, имеющее большую массу, приобретает меньшую скорость в другом направлении.
Подъем и плавание воздушного шара объясняются действием архимедовой силы.
На основании явления капиллярности горючее поднимается по капиллярам фитиля, что и обеспечивает горение спиртовки.
Подъем тарелки за куском мыла объясняется взаимодействием молекул.
Установившееся движение парашютиста будет равномерным, поскольку сила тяжести и сила сопротивления воздуха уравновешивают друг друга.
Перпендикулярность направления струёк воды, бьющих из пожарного рукава, объясняется законом Паскаля.
Вода в перевернутой стеклянной трубке удерживается атмосферным давлением.
Действие чайника основано на принципе сообщающихся сосудов.
Викторина № 4
Явление отдачи, возникающее при взаимодействии тел, полезнЬ в случае ракеты. Это же явление в случае стрельбы может принести неприятности (средний рисунок справа).
Явление трения и возникающая при этом теплота полезны при зажигании спичек. Эти же явления стремятся ослабить при обработке деталей на токарном станке, для чего используют эмульсию, которой поливают резец и место обработки детали (рисунок слева).
Давление движущегося воздуха в одних случаях полезно. Например, его используют для движения парусных лодок. В других — оно вредно и является силой сопротивления, которую приходится преодолевать. Например, крыло самолета делают обтекаемой формы.
Явление теплового расширения тел в одних случаях используют, например, в устройстве терморегуляторов утюгов (рисунок внизу); в других — принимают меры для предупреждения возможных разрушений, которые могут возникнуть в результате теплового расширения. Например, одна из опор мостовой фермы покоится на опорах (катках).
Термос сделан так, чтобы уменьшить потерю теплоты в окружающее пространство.
Радиатор — тепловой прибор — должен отдавать максимальное количество теплоты окружающему воздуху, поэтому его поверхность делают большой.
У растения имеются капиллярные сосуды, по которым поступает питание. В данном примере явление капиллярности полезно. На рисунке внизу слева землю взрыхляют, чтобы разрушить капиллярные сосуды и замедлить потерю влаги через испарение
Викторина № 5
Электромагнит переносит железные листц, используется магнитное действие тока.
В электросварке используется тепловое действие тока.
Изолированный от земли электрометр имеет заряд.
Увеличение давления нефти при накачивании воды основано на законе Паскаля.
Магнитное поле вредно действует на правильный ход часов.
Электрическое поле используется для очистки воздуха.
При плохом контакте происходит разрушение изоляции у проводника, обусловленное тепловым действием тока.
Заземление бензовоза делается с целью предохранения от искрового разряда, обусловленного электростатическими зарядами, возникающими при движении бензовоза.
В электрическую цепь входят два проводника одинаковой длины и сечения, но обладающие разным сопротивлением. Первый проводник имеет большее сопротивление, и на нем больше напряжение; поэтому лампа, подключенная параллельно к нему, горит ярко.
В автомобильной свече используется искровой разряд для воспламенения горючей смеси.
Два разнородных электрода, опущенные в речную воду, образуют гальванический элемент; поэтому гальванометр, замыкающий электрическую цепь, обнаруживает ток.
Проходя крутой поворот на большой скорости, автомобиль может по инерции съехать с дороги в кювет.
Железный стержень штатива, находясь в магнитном поле Земли, намагничивается. Причем на нижнем конце образуется северный магнитный полюс, и он притягивает южный полюс магнитной стрелки. На верхнем — южный магнитный полюс, и он притягивает северный полюс магнитной стрелки.
Викторина № 6
100 °C — температура кипения воды (верхний рисунок слева).
0 °C — температура таяния снега (второй рисунок снизу на левой стороне вклейки).
—273,16 °C — значение температуры абсолютного нуля по шкале Цельсия (термометр на правой стороне вклейки).
4190 Дж механической работы нужно совершить для получения 1 ккал теплоты (нижний рисунок на левой стороне вклейки, слева).
22,4 л — объем, занимаемый грамм-молекулой любого газа при нормальных условиях (рисунок баллона с водородом).
753 °C — температура, при которой теряются магнитные свойства железа (рисунок с магнитом на правой стороне вклейки).
1033 см водяного столба — нормальное атмосферное давление (рисунок водяного барометра слева).
0,24 кал теплоты выделяется электрическим током в проводнике, когда ток совершает работу в 1 Дж (рисунок, изображающий глажение белья электроутюгом, верхний на правой стороне вклейки).
760 мм рт. ст.— нормальное атмосферное давление иллюстрируется чашечным ртутным барометром и анероидом, изображенными на правой стороне вклейки.
9,81 м/с2— ускорение свободного падения тел (второй рисунок слева, вверху).
1,118 мг — такая масса серебра откладывается на катоде при прохождении 1 Кл электричества через раствор соли серебра (нижний правый рисунок на левой стороне вклейки).
6,02 • 10й — число молекул в грамм-молекуле любого газа (рисунок баллона с водородом).
300 000 км/с — скорость распространения света (нижний рисунок на правой стороне вклейки).
Викторина № 7
,3 • 10“2 Н/м — поверхностное натяжение воды при 20°С (средний рисунок внизу вклейки).
1,2 км/с — вторая космическая скорость (верхний правый рисунок вклейки).
,67 • 10“н Нм2/кг2— гравитационная постоянная (верхний левый рисунок вклейки).
-10“6 °C-1 — коэффициент линейного расширения железа, иллюстрируется компенсатором в паропроводе.
6 • 10-19 Кл — заряд электрона (нижний левый рисунок вклейки).
96 484 — число Фарадея (средний рисунок вверху вклейки).
1620 лет—период полураспада радия (второй сверху рисунок на правой стороне вклейки).
9 км/с — первая космическая скорость.
33 — коэффициент преломления воды (средний рисунок на правой стороне вклейки).
332 м/с — скорость распространения звука в воздухе при 0 °C (нижний правый рисунок вклейки).
3 • 106 Дж/кг — удельная теплота парообразования воды (второй рисунок сверху на левой стороне вклейки).
4* 105 Дж/кг — удельная теплота плавления льда (третий рисунок сверху на левой стороне вклейки).
Викторина № 8
127-4-220 В — напряжение, на которое рассчитаны электрические лампы.
124-15 • 103 В— напряжение между электродами свечи автомобильного двигателя.
В — напряжение между электродами газосветных трубок.
600 В — напряжение в проводах троллейбусной линии.
0,34-2,5 В — напряжение между электродами электролизной ванны при получении чистой меди.
5 4- Ю-7 В — напряжение, возникающее в витках рамочной антенны радиоприемника.
До 105 В — напряжение между полюсами электрофорной машины.
До 107 В — напряжение между шарами электростатического генератора Ван-дер-Граафа.
• 105 В — напряжение, передаваемое по проводам высоковольтной линии.
В — напряжение между электродами электрической дуги.
В — напряжение аккумуляторной батареи автомобиля.
5 В — напряжение гальванического элемента.
5 В — напряжение батарейки карманного фонаря.
Викторина № 9
(Рисунки на левой стороне вклейки.)
Взаимодействие Солнца и вращающейся вокруг него планеты определяется по закону всемирного тяготения (формула 1).
На втором рисунке изображено накачивание камеры мяча воздухом, различные состояния которого для одной и той же массы при постоянной температуре определяются формулой 5.
Ходу лучей в перископе соответствует формула 12.
При взаимодействии двух тел ускорения, приобретаемые телами, обратно пропорциональны их массам (формула 15).
Момент силы, действующей на вращающееся маховое колесо, вычисляют по формуле 8.
Температуру смеси из горячей и холодной воды вычисляют по формуле 9.
Кажущееся преломление ложки объясняется преломлением света при переходе из одной среды в другую (формула 4).
Кинетическую энергию ударяющегося о препятствие снаряда определяют по формуле 6.
(Рисунки на правой стороне вклейки.)
Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в параллельно соединенных проводниках, что соответствует формуле 3.
Период колебания маятника (рисунок с часами) определяют по формуле 16.
Силу, действующую на грузы центробежного регулятора, вычисляют по формуле 2.
Металлический мост при изменении температуры изменяет свою длину, что соответствует формуле 13.
Частоту звуковой волны при удалении источника звука от приемника (рисунок с электровозом) вычисляют по формуле 14.
Отклонение магнитной стрелки под действием магнитного поля тока. Индукцию магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током определяют по формуле 11.
Силу удара клюшки по шайбе определяют по второму закону Ньютона (формула 10).
Чайник с водой нагревается за счет теплоты, выделяемой проводником с током. Количество теплоты вычисляют по формуле 7.
Викторина Не 10
(Рисунки на левой стороне вклейки.)
В электрическом паяльнике используется тепловое действие тока. При устройстве трансформатора его стремятся уменьшить, поэтому сердечник делают из изолированных пластин (верхний рисунок справа).
На среднем рисунке (вверху) изображено тепловое реле из биметаллической пластинки. В нем используется деформация при тепловом расширении тел.
В железнодорожном транспорте, учитывая тепловое расширение тел, рельсы укладывают с зазором, чтобы нс произошло деформации железнодорожного пути.
Буфер железнодорожного вагона служит для смягчения ударов между вагонами, что происходит благодаря наличию у буфера жесткой пружины. В результате удар передастся дальше ослабленным.
Фундамент для сейсмографа (средний рисунок на правой стороне вклейки) делают таким, чтобы колебания земной коры передавались ему без искажений и никакие дополнительные колебания в нем не возникали.
Действие гидравлического пресса основано на законе Паскаля, в нем давление жидкости повышают.
Водопроводный кран делается так, чтобы гидродинамическое давление воды при закрывании крана уменьшалось постепенно.
Внешний рельс на поворотах укладывают выше внутреннего. Благодаря этому возникает составляющая силы тяжести, направленная к центру вращения, под действием этой силы изменяется направление движения поезда. Иначе поезд может на повороте сойти с рельсов за счет инерции.
Явление инерции используется при вращательном движении для автоматического регулирования числа оборотов вала двигателя (первый верхний рисунок на правой стороне вклейки).
(Рисунки на правой стороне вклейки.)
Магнето дает ток высокого напряжения, которое необходимо для получения искрового разряда в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Один из проводов цепи высокого напряжения соединен на массу (металлические части магнето, двигателя). Внизу изображен участок линии высокого напряжения. Провода этой линии изолированы от массы мачты, которую делают из металла.
Явление отдачи лежит в основе реактивной техники, а при стрельбе из орудий это же явление стремятся уменьшить.
Чтобы уменьшить силу трения, соприкасающиеся поверхности подшипников и вала делают гладкими и смазывают (нижний рисунок слева).
При торможении колес автомобиля увеличивают силу трения путем раздвигания и прижатия колодок к тормозным барабанам (нижний рисунок справа).
Викторина Не 11
Формуле 1 соответствует рисунок 11.
Формуле 2 соответствует последовательное соединение элементов в батарею (рис. 8).
Формуле 3 соответствует параллельное соединение конденсаторов (рис. 14).
Формуле 4 соответствует рисунок трансформатора (рис 5).
Формуле 5 соответствует рисунок ракеты (рис. 12).
Формуле 6 соответствует рисунок колебательного контура детекторного приемника (рис. 1).
Формуле 7 соответствует рисунок 6. Деформацию растяжения троса под действием груза определяют по вышеуказанной формуле.
Формуле 8 соответствует рисунок 3.
Формуле 9 соответствует рисунок 10.
Формуле 10 соответствует рисунок 9, во вторичной обмотке катушки возникает ЭД С индукции при изменении магнитного поля в результате замыкания и размыкания цепи первичной обмотки.
Формуле 11 соответствует рисунок 7.
Сила, действующая со стороны электрического поля на заряд, равна произведению заряда на напряженность поля (формула 12), чему соответствует рисунок трубки с электродами (рис. 13).
По формуле 13 определяется высота поднятия жидкости в капиллярном сосуде, этому соответствует рисунок пахоты (рис. 2), при которой увеличивается диаметр капиллярных сосудов.
Формула 14 выражает связь между силами, действующими на рычаг, и его плечами, чему соответствует рисунок 4.
Викторина №12
. Подставка со стаканом приведена во вращательное движение.
. Левый электрод соединен с отрицательным полюсом, а правый — с положительным.
. Между свечой и экраном поставили второй экран с малым отверстием, в результате чего на экране возникла дифракционная картина.
. Сердечник внесли в катушку с током.
. Тележка перемещается ускоренно вправо.
. Мяч охладили до температуры, при которой резина стала хрупкой и мяч под давлением удара разрушился.
. Стержень, упирающийся в стрелку, нагрели. В результате он удлинился и вызвал перемещение стрелки.
. Паровоз перемещается вправо. Для человека, находящегося на земле впереди паровоза, звук будет более высокого тона.
. Металлический диск под магнитом стали вращать. В результате магнит пришел в круговое движение.
. В горлышко бутылки направили струю воздуха.
. Свет, излучаемый свечой, пропустили через пары натрия, которые имеют температуру ниже температуры свечи. На экране получили спектр поглощения паров натрия.
. Доска с маятником:
двигается вверх с небольшим ускорением (верхний рисунок);
падает с ускорением, равным ускорению свободного падения (нижний рисунок).
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие3
Введение 4
Опыты
Первоначальные сведения о строении вещества7
Движение и силы8
Взаимодействие тел—
Инерция10
Сила тяжести. Давление 12
Равновесие тел13
Сила трения15
Силы взаимодействия молекул—
Давление газа18
Давление жидкостей и газов19
Передача давления жидкостями и газами
Вес воздуха. Атмосферное давление21
Архимедова сила. Условия плавания тел 27
Закон Бернулли31
Работа и мощность. Теплопередача и работа35
Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии —
Способы передачи теплоты37
Изменения агрегатных состояний вещества38
Тепловые двигатели40
Электричество41
Электризация тел _
Два рода зарядов. Взаимодействие зарядов43
Электрическое поле. Электризация через влияние46
Электрическое поле. Потенциал 48
Сила тока, напряжение, сопротивление55
Ток как движение электрических зарядов в электрическом поле —
Гальванические элементы и аккумуляторы58
Электрическое сопротивление.Реостаты61
Последовательное и параллельное соединения проводников ... 64
Работа и мощность тока66
Электромагнитные явления72
Магнитное поле тока—
Постоянные магниты74
Магнитное поле Земли81
Электромагнитная индукция 82
Переменный ток88
Опыты с электронным осциллографом100
Опыты с УВЧ и звуковыми генераторами103
Опыты по оптике108
Опыты с жидким кислородом109
Опыты по автоматикеНО
Пояснения к опытам130
Викторины
Пояснения к викторинам165
Краткие ответы на викторины167
Леонид Александрович Горев
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ОПЫТЫ ПО ФИЗИКЕ
В 6—7 КЛАССАХ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Зав. редакцией Н. В. ХрустальРедактор Т. П. Каткова
Мл. редактор Л. С. ДмитриеваХудожники: С. Ф. Л у х и н и О. М. ШмелевХудожественный редактор В. М. ПрокофьевТехнический редактор Е. Н. Зелянина
Корректор О. В. Ивашкина
ИБ № 8371
Сдано в набор 23.04 84. Подписано к печати 11.11.84 Формат 60Х90*/1б. Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 11,0 + + 0,25 форз.+ 1,0 вкл. Усл. кр.-отт. 27,31. Уч.-изд. л. 12,99 + 0,45 форз.+ 1,09 вкл.
Тираж 250 000 экз Заказ № 802 Цена 90 коп.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Просвещение» Государственногокомитета РСФСР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 129846,Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 41.
Ордена Трудового Красного Знамени фабрика «Детская книга» № 1 Росглавполиграф- прома Государственного комитета РСФСР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли Москва, Сущевский вал, 49
Смоленский полиграфкомбинат Росглавполиграфпрома Государственного комитетаРСФСР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Смоленск-20,ул. Смольянинова, I
Почему ржавой иглой трудно шить?
Можно ли, не разбивая скорлупу яйца, узнать, сырое оно или вареное?
Железо в воде тонет. Почему же пароход, который в основном сделан из железа, не тонет?
Где пароход глубже погружается в воду: в реке или в море? Почему?
Почему нельзя тушить горящий керосин, заливая его водой?
В какое время года телеграфные провода сильнее провисают? Почему?
Почему цистерну нс заливают полностью бензином?
Какой дом теплее — деревянный или каменный, если толщина стен одинакова?
Почему сырые дрова горят хуже?
Почему во время грозы нельзя укрываться под деревьями?
Верно ли, что снег греет землю?
Можно ли построить вечный двигатель?
R — Rx Л- R% + /?з/ = Л 4- /2 -|- /3 ± = ±Щ + А R R, Rs RsQ = cm(t2 — tx)U = IRQ = PRtQ = Lm1 jRS_ PU =constQ = XmR=P^R — Rx Л- R% + /?з/ = Л 4- /2 -|- /3 ± = ±Щ + А R R, Rs RsQ = cm(t2 — tx)U = IRQ = PRtQ = Lm1 jRS_ PU =constQ = XmR=P^
R — Rx Л- R% + /?з
/ = Л 4- /2 -|- /3 ± = ±Щ + А R R, Rs Rs
Q = cm(t2 — tx)
U = IR
Q = PRt
Q = Lm
1 jRS_ P
U =const
Q = Xm
R=P^
R — Rx Л- R% + /?з
/ = Л 4- /2 -|- /3 ± = ±Щ + А R R, Rs Rs
Q = cm(t2 — tx)
U = IR
Q = PRt
Q = Lm
1 jRS_ P
U =const
Q = Xm
R=P^
(Электрифицированная викторина)
Чему равна сила тока в .цеп и при параллельном соединении проводников?Q = qm
Чему равно напряжение на участке цепи при последовательном соеди- „^^„^щ нении проводников?U2 ^2
И. По какой формуле определяется количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива?U = U\ + I/2 + U^
Какова формула закона Джоу
ля — Ленца?I = const
Какова зависимость напряжения от сопротивления при последовательном соединении проводников?
По какой формуле определяется количество теплоты при испарении жидкости?
Какая физическая величина постоянна в цепи при последовательном соединении проводников?
По какой формуле определяется напряжение на участке цепи?
Как определить длину проводника по его сопротивлению?
Как определить силу тока по мощности, потребляемой прибором?
По какой формуле определяется количество теплоты, необходимое для плавления тела?
По какой формуле определяется количество теплоты, необходимое для нагревания тела?
Какая физическая величина постоянна в цепи при параллельном соединении проводников?
По какой формуле определяется сопротивление проводника?
Как определяется сопротивление при последовательном соединении проводников?
Как определяется сопротивление при параллельном соединении проводников.
ВИКТОРИНА ые 8
Mm
1. F = G
о F — ^
R
3. /= /| + /2 4" 4
5. pV = p0V0
K~ 2
1. Q = I2Rt
8. M = Fl
9.
mxtx + m2/2 mx + m2
F = та
IL В = Wo-^
Za = Zp
1= l0 (1 + pA/)
v=—^—
a2 _ mi
16. 2плГкg16. 2плГкg" ^ — m,
16. 2плГк
g
16. 2плГк
g
ВИКТОРИНА Nu 1(1
760760смсмinin103310339.81 ♦ 41909.81 ♦ 41906,02-10 • 100 • 0,24 • 06,02-10 • 100 • 0,24 • 0300000300000
760
760
см
см
in
in
1033
1033
9.81 ♦ 4190
9.81 ♦ 4190
6,02-10 • 100 • 0,24 • 0
6,02-10 • 100 • 0,24 • 0
300000
300000