Полезные демонстрации.

 

1.Простой прибор для демонстрации расширения тел при нагревании (7 кл. 10 кл.).

 

Прибор смонтирован на панели (1), установленной на стойках (2). На панели укреплены 2 болта (3 и 4) диаметром 3 мм. К болту (3) с помощью двух гаек крепится медная проволока (5) диаметром 1 мм, которая вторым концом, согнутым в виде петли, свободно захватывает стрелку (6),как показано на рис.1. Стрелка (6) изготовляется из медной проволоки диаметром 0,8 мм. Длина проволоки расширения (5) и стрелки (6) около 200 мм. Их длина определяет размеры панели прибора. Панель окрашена в белый цвет. Наверху панели контрастным цветом начерчена условная шкала (7), а внизу  - надпись: «Прибор для демонстрации расширения тел при нагревании». Демонстрация работы прибора производится путем нагревания проволоки (5), например, с помощью зажигалки. В результате нагревания проволока (5) будет расширяться по длине, а ее петля смещаться вправо и увлекать за собой стрелку, верхний конец которой будет перемещаться относительно условной шкалы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1

2. Демонстрация явления флотации (7 кл., плавание тел).

 

Флотация – способ воздействия на взвешенные в воде частицы мельчайшими пузырьками воздуха, которые, всплывая, поднимают за собой частицы взвеси. Интересно использование флотации для обогащения металлических руд. Наибольшее распространение флотации получила при очистке сточных вод в химических производствах, например, в производстве искусственных волокон, бумаги, картона.

Демонстрация явления флотации является важной не только как демонстрация физического процесса, но также важной с точки зрения экологического образования школьников. Опыт может быть продемонстрирован следующим образом. Перед началом проведения опыта осуществляется насыщение воды воздухом.  Для насыщения воды воздухом используют пластмассовую бутылку объемом 1.5 л. На пробке бутылки укрепляют штуцер от велосипедной камеры. Бутылку приблизительно на 3/4 объема заполняют водой, закрывают пробкой со штуцером и с помощью велосипедного насоса закачивают в бутылку воздух до максимального давления. Бутылку в таком состоянии выдерживают не менее 10 минут для насыщения воды воздухом.

Затем возьмем в высокой цилиндрической мензурке загрязненную воду в объеме около 2/3 от всего объема мензурки. Загрязнение производят при помощи хлопчатобумажных волокон, которые ножницами мелко настригают из окрашенной в темный цвет ткани. Насыщенную воздухом воду заливают в оставшуюся 1/3 часть объема высокой мензурки, перемешивают с загрязненной водой и наблюдают флотацию, т.е. образование мелких пузырьков воздуха, их осаждение на волокнах и подъем волокон на поверхность воды в мензурке, т.е. ее очистку.

 

3.Демонстрация подъемной силы горячего воздуха – принципа полета «шара  Монгольфьера» (7 кл.).

 

Для демонстрации используют тонкий полипропиленовый пакет и осветитель физической оптической скамьи, который применяют в качестве нагревателя воздуха в пакете.  С целью нагревания осветителя его включают в электрическую сеть за 7-10 минут до проведения демонстрации. Световое отверстие осветителя рекомендуется закрыть металлической пластиной. Проведение демонстрации весьма просто. Пакет надевают сверху на осветитель. За несколько секунд он наполнится горячим воздухом и устремится вверх. Если кабинет физики газифицирован, то в качестве нагревателя можно использовать газовую горелку. Тогда пакет размещают над ней. Рекомендуется учащимся под присмотром родителей проделать подобный опыт в домашних условиях.

 

4.Демонстрационный психрометр Августа (10 кл.).

 

Несмотря на довольно-таки простое устройство выпускаемого промышленностью психрометра Августа, автор неоднократно убеждался в низком уровне усвоения темы «измерение влажности с помощью психрометра». Как выяснилось, это обусловлено малыми размерами прибора и, вследствие этого, его недостаточной наглядностью. Для устранения этого недостатка и была усовершенствована существующая методика. По этой усовершенствованной  методике используется демонстрационный психрометр, который смонтирован из двух демонстрационных (больших) термометров, установленных на штативах рядом друг с другом на демонстрационном столе. Защитные металлические кожухи измерительных баллонов термометров сняты, а на баллон одного из термометров одет сшитый из мягкой белой ткани чулок, который закреплен нитками сверху баллона. Нижняя часть чулка опущена в прозрачный стакан с водой, который установлен под термометром на основании штатива. Это – увлажненный термометр. Второй термометр - сухой. С использованием данного демонстрационного психрометра объясняется методика измерения относительной влажности. Затем объясняется устройство измерительного психрометра, размещенного в «уголке атмосферных условий» кабинета физики. При этом сразу обращает на себя внимание учащихся оригинальное устройство питателя воды, что при традиционной методике чаще играет отвлекающую роль.

 

5.     Генератор на транзисторе (11 кл.).

 

В настоящее время для школ страны демонстрационный генератор на транзисторе промышленностью не выпускается. Не выпускался он и ранее. Хотя изучение колебательного контура, самого генератора, а также принципов радиосвязи, является стержневыми темами курса физики 11 класса. Учитывая данное обстоятельство, была методически обоснована конструкция, выполнено изготовление, апробирование и использование в учебном процессе школы данного генератора. В специальной литературе по радиотехнике имеется большое количество публикаций по данному направлению, однако, их содержание не решает методических вопросов обучения и не согласовано с материалом действующих учебников. Поэтому схема генератора была выбрана на основе учебника [1]. Схема приведена на рис.2. Ее отличительной особенностью является то, что ось катушки индуктивности колебательного контура расположена горизонтально. Это обусловлено тем , что индукция магнитного поля излучаемой ферритовым стержнем поляризованной электромагнитной радиоволны должна иметь горизонтальное расположение, как это принято в радиотехнике. Генератор смонтирован на панели, установленной на стойках. Панель изготовлена в форме прямоугольника размером 230´210 мм. из мягкой ДВП толщиной 5 мм, выкрашена в белый цвет масляной эмалью. На лицевой стороне панели вычерчена схема генератора по рис.2 и укреплены детали схемы. С задней стороны смонтированы соединительные провода.  Для подключения звукового генератора (ЗГ), источника питания (ИП), антенны, заземления и выводов катушки связи использованы разъемы (К) типа гнездо-штырек. Параметры деталей генератора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2

конденсатор (С) – БГМ-2А, 0,05 мкФ; ферритовый стержень -Æ8 мм, длина 180 мм; катушка индуктивности выполнена из медного провода ПЭВ Æ 0,38 мм, L1 –22 витка, L2 – 110 витков, Lсв – 50 витков; транзистор(Т) – КТ-808А,переменный резистор  (R) - СП-3 10 кОм. Рабочая частота генерации 0,16 МГц – начало длинноволновой области радиочастотного диапазона. Дальность распространения радиоволны при использовании в качестве излучателя ферритового стержня и приема радиоволн также на ферритовую радиоантенну транзисторным радиоприемником составляет несколько метров.

                                                             

Демонстрации, проводимые с помощью генератора:

5.1 Генерация незатухающих электромагнитных колебаний.

Генератор подключается к источнику питания со стабилизированным напряжением 9¸12 В, а конденсатор колебательного контура к школьному осциллографу, с помощью которого наблюдается осциллограмма высокочастотных колебаний напряжения на конденсаторе. Указывается частота наблюдаемого сигнала. Затем параллельно конденсатору колебательного контура подключается конденсатор 0,1 мкФ и наблюдается  уменьшение частоты генерируемых колебаний в соответствии с формулой Томпсона.

5.2 Действие катушки связи.

Объясняется положительная обратная связь и генерация незатухающих электромагнитных колебаний. Затем объясняется отрицательная обратная связь. Для ее демонстрации переключаются контакты (К) концов катушки связи. Генерация не наблюдается. Затем восстанавливается первоначальное положение концов катушки, – и генерация вновь наблюдается.

5.3 Распространение электромагнитных волн.

Осциллограф отключается от конденсатора генератора и подключается к катушке универсального трансформатора, которая устанавливается на расстоянии около 0,5м от ферритового стержня соосно с ним. У катушки подключается наибольшее число витков. Включается питание генератора и на экране осциллографа наблюдается принимаемый катушкой высокочастотный сигнал. Подчеркивается отсутствие этого сигнала при выключенном питании генератора. Увеличивается расстояние между генератором и приемной катушкой и наблюдается уменьшение амплитуды принимаемого сигнала, что свидетельствует об уменьшении интенсивности электромагнитной волны.

5.4 Амплитудная модуляция.

К модулирующей катушке генератора на транзисторе подключается звуковой генератор и на экране осциллографа наблюдается высокочастотный сигнал, модулированный сигналом низкой (звуковой) частоты.

5.5 Принцип радиоволны.

На удалении от генератора на транзисторе, теперь уже являющимся передатчиком, устанавливается радиоприемник (транзисторный), при включении и настройке которого прослушивается сигнал звуковой частоты от звукового генератора. Процесс наблюдается визуально на экране осциллографа и прослушивается с помощью радиоприемника. Далее вместо звукового генератора к модулирующей катушке подключается выход магнитофона. Запись прослушивается по радиоприемнику и рассматривается на экране осциллографа. В данном случае ввиду того, что частота звукового сигнала быстро меняется, то картина весьма неустойчива.

 

6.Демонстрация генерирования электромагнитного поля с помощью вращающегося магнита.

 

В качестве источника электромагнитного поля используется (см. рис.3) полосовой или дугообразный магнит (1), установленный на центробежной машине (2). Для моделирования вектора индукции магнитного поля к магниту прикрепляется цветная стрелка(3), чтобы показать, как меняется в направлении приема волны проекция индукции магнитного поля на ось ОО` при вращении магнита. На расстоянии 1,5¸2,0 м. от магнита на оси ОО`  устанавливается катушка (4) от универсального трансформатора, которая наибольшим числом витков подключается к усилителю постоянного тока (от гальванометра) (5), а его выход к осциллографу (6). Можно катушку (4) непосредственно подключить к осциллографу, но тогда следует сократить расстояние между катушкой и магнитом. Магнит приводится во вращение и на экране осциллографа наблюдается синусоидальный сигнал генерируемого вращающимся магнитом электромагнитного поля. На доске вычерчивается цепочка Вульфа-Брэгга (см.рис.3б), моделирующая распространение электромагнитного поля. Вихревое магнитное поле, образуемое вращающимся магнитом, порождает вихревое электрическое поле, которое в свою очередь порождает вихревое  магнитное поле и т.д. Катушка принимает электрическое поле. После усиления сигнал наблюдается с помощью осциллографа. Отметим, что данный опыт аналогичен опыту 5.3 с той лишь разницей, что магнит вращается, а ферритовый стержень перемагничивается, проекция же магнитного поля на ось ОО` (рис.3) и в том и в другом случае меняется по гармоническому закону.

Рис. 3

                                                 

 

7. Наблюдение дифракции от круглого отверстия (11 кл.).

Круглое отверстие диаметром приблизительно 0,2 мм, выполняется швейной иглой в свинцовой фольге, которая для прочности вклеивается между двумя пластинами из картона размером 50´50 мм. В результате получается удобный  в обращении «слайд» с круглым отверстием в центре. В качестве точечного источника света используется низковольтная лампочка. Для наблюдения дифракции учащимся раздаются пластины с круглыми отверстиями, через которые они рассматривают нить накала лампочки, расположенной на демонстрационном столе. Затемнение не требуется. Дифракционная картина образуется на сетчатке глаза в виде чередующихся темных и светлых колец вокруг центрального светлого пятна.

 

 

Литература:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика: Учебное пособие для 11 класса средней школы» – 2-е издание, дораб. - М.: Просвещение, 1993, 254 с. ил.