Контрольные вопросы.

1. Приведите пример реального тела, оказывающего давление в 1 Паскаль.

2. В чем состоит наиболее распространенная ошибка в формулировке закона Паскаля?

3. По какому признаку гидравлический пресс относят к простым ме­ханизмам?

4. Получите формулу высот столбов разных жидкостей в сообщающихся сосудах.

5. Чем принципиально отличатся давления, измеряемые манометром и барометром?

6. Выведите формулу закона Архимеда.

7. Получите математически условия плавания тел, в чем трудность усвоения этого материала

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 3 .

Т Е П Л О В Ы Е Я В Л Е Н И Я .

Особенность демонстраций по этой теме состоит в том, что большинство из них носит качественный характер. Поэтому опыты учитель должен выполнять чисто, с хорошим наблюдательным эффектом, заранее направить внимание учащихся на физическую сущность экс­перимента.

Программой предусмотрены следующие демонстрации:

ОПЫТ № 1. Теплопроводность твердых тел, жидкостей и

газов.

Оборудование: железный и латунный стержни, паяльник, парафин, спички, спиртовка (или паяльник, как показано на рисунке, вместо спичек медные пластинки, пласти­лин), пробирка с водой и кусочки льда, сухая пробирка.

а) Для демонстрации теплопроводности твердых тел предлагается специальный прибор, основной частью которого является медное жало от паяльника со вставленными в него стержнями из железа и ла­туни. На стержнях на одинаковом расстоянии друг от друга имеются насечки, в которые при помощи парафина прикрепляются спички. Включая паяльник в сеть, наблюдают поочередное падение спичек на одном из стержней в результате теплопроводности твердого тела. Повторяя опыт с двумя стержнями, записывают последо­вательность падения спичек на латунном и железном стержнях, что дает возможность сделать вывод о различии теплопроводности твердых тел.

б) Теплопроводность жидкостей хорошо иллюстрирует эффектный опыт с нагреванием воды в пробирке, на дне которой лежит кусочек льда с вмороженным грузом. При нагревании воды в верхней части пробирки она закипает, в то время как лед на ее дне даже не плавится. Вопрос к учащимся: почему вода вверху закипает, а лед не тает?

в) Для демонстрации плохой теплопроводности воздуха сухую пробирку надевают на палец руки и противоположный ее конец нагревают на спиртовке. При этом палец не ощущает значительного изменения температуры воздуха.

ОПЫТ № 2. Конвекция в жидкостях и газах.

Оборудование: прибор для демонстрации конвекции в жидкостях, спиртовка, кристаллики марганцево-кислого калия, бумажные вертушки, штатив.

а) Прибор для демонстрации конвекции жидкости представляет собой стеклянную U -образную трубку. Несколько ниже открытых концов оба колена трубки соединены между собой. К прибору прилагаются две сетчатые ложечки с ручками разной длины. Через одно из отк­рытых колен наливают в прибор холодную воду, заполняя ее всю верхнюю горизонтальную трубку.

В ложечки аккуратно кладут два–три кристаллика марганцовки и подвешивают за края трубки. После этого под прибор подставляют спиртовку, ее пламя должно охватывать угол прибора, где помещается ложечка с длинной ручкой и по возможности не касаться нижней горизонталь­ной части трубки. От обеих ложечек одновременно отделяются резко окрашенные струйки воды. От ложечки, расположенной над нагрева­телем, окрашенная струйка воды будет подниматься вверх, а от другой - такая же струйка пойдет вниз. Явление отчетливо наблю­дается на белом фоне.

б) Конвекцию в воздухе можно обнаружить с помощью самодельной вертушки, посаженной на острие и расположенной над включенной в сеть электроплиткой или пламенем спиртовки. Высота, на которую следует поместить вертушку для получения максимального эффекта, подбирается экспериментально. Конвективные потоки от нагретых тел хорошо видны в теневой проекции.

ОПЫТ № 3. Нагревание тел излучением.

Оборудование: теплоприемник, водяной манометр, плитка или лампа, ванночка с белой и черной стенками.

а) Теплоприемник представляет собой плоскую, толстостенную ме­таллическую коробочку цилиндрической формы. Одна сторона коро­бочки светлая, блестящая, а другая - черная, матовая. Теплопри­емник соединяют резиновой трубкой с манометром и подносят его сбоку к включенной электроплитке или лампе сначала белой поверхностью, а затем черной.

Обращают внимание, что за 2-3 минуты белая поверхность теплоприемника поглощает очень малое количество теплоты, поэтому уровень жидкости в манометре почти не изменяется. Черная же по­верхность обладает хорошим лучепоглощением. Показывают, что при помещении на пути лучей листа картона возникает экранизирующее действие.

В этих опытах используются количественные измерения. С помощью водяного манометра фиксируется изменение давления внутри теплоприемника. Следует вспомнить с учащимися принцип работы ма­нометра, единицы измерения и формулу расчета давления столба жидкос­ти.

ОПЫТ № 4. Сравнение теплоемкости различных металлов

Оборудование: прибор Тиндаля для сравнения теплоемкостей различ­ных металлов, парафин, горячая вода.

Основными частями прибора Тиндаля являются цилиндры оди­наковой массы из различных металлов (алюминия, меди, свинца), прикрепленные с помощью металлических стержней к планке. Каждый из стержней закреплен в планке не наглухо, а вставлен в отверс­тие, благодаря чему он может перемещаться в продольном направле­нии. К прибору прилагается сосуд для нагревания цилиндров и ван­ночка для получения в ней парафиновой пластинки. Опустив цилинд­ры в сосуд с кипящей водой, нагревают их там 5-10 минут, затем помещают парафиновую пластинку вертикально в раму прибора. Переносят цилиндры из воды на раму, опускают их на парафиновую плас­тинку. Судя по глубине погружения в парафин, сравнивают теплоем­кости веществ, обращая внимание на то, что все цилиндры оказыва­ют равное давление на парафин.

ОПЫТ № 5. Воздушное огниво, устройство и действие компрессора.

Оборудование: воздушное огниво, вата, бензин.

Воздушное огниво представляет собой прозрачный полый ци­линдр с плотно пригнанным поршнем, изготовленный из органического стекла. На дно цилиндра опускают небольшой кусочек распушенной ваты (или капают одну каплю бензина) и закрывают цилиндр поршнем. Затем, сосредоточив внимание учащихся на установке, резким, но не очень сильным нажимом руки вгоняют поршень внутрь цилиндра. Воздух при сжатии сильно нагревается и вата воспламеняется. При демонстра­ции опыта бывает полезно частично затемнить класс, тогда вспышка будет видна более отчетливо.

ОПЫТ № 6. Принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

Оборудование: цилиндр для демонстрации упругости воздуха с ввер­нутой в него автомобильной свечой, электрофорная машина, кинематическая модель ДВС, источник питания, бензин, провода.

Для демонстрации взрыва горючей смеси в цилиндре и меха­нической работы, которая производится за счет части энергии, вы­деляемой при сгорании топлива, собирают следующую установку. Чу­гунный цилиндр с ввернутой в него запальной электрической свечой соединяют с источником высокого напряжения: один провод подво­дится к винтовому зажиму свечи, а другой - к корпусу цилиндра. Источниками питания могут быть электрофорная машина или высоковольтный преобразователь «Разряд – 1».

Положив цилиндр на бок отверстием к классу, демонстрируют возникновение искры при подаче на свечу высокого напряжения. Затем, поставив цилиндр вертикально закапывают четыре – пять капель бензина на его дно в районе расположения свечи. При подаче высокого напряжения на свечу наблюдают возгорание бензина от искры. Повторяют опыт, закрыв отверстие цилиндра тяжелым поршнем, при этом поршень вылетает из цилиндра под действием давления горячих газов. ВО ИЗБЕЖАНИИ ТРАВМИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛОГО И БЫСТРО ДВИЖУЩЕГОСЯ ПОРШНЯ, ЕГО НЕОБХОДИМО ПРИВЯЗАТЬ К ЦИЛИНДРУ ПРОЧНОЙ ВЕРЕВКОЙ !

Для надежности опыта поршень следует немного подог­реть на плитке и, поместив его в цилиндр, сделать 3-4 накачиваю­щих движения для создания горючей смеси. После такой демонстрации переходят к объяснению устройства и действия четырехтактного двигателя внутреннего сго­рания по его модели.

Иллюстрируют на модели момент воспламенения горючей сме­си, который является началом рабочего такта. Для этого наверху модели над поршнем укреплен патрон с электрической лампочкой, соединенной с двумя зажимами, расположенными с обратной стороны прибора на его корпусе. Присоединив к зажимам источник тока и вращая ручку модели, можно наблюдать, что в на­чале такта "рабочий ход" электрическая цепь замыкается, и лам­почка вспыхивает, имитируя момент воспламенения смеси.

Контрольные вопросы.

1. Где и когда изучается тема? Сколько отводится часов? Какие демонстрации обязательны по программе?

2. В каких физических условиях возможны теплопроводность, кон­векция, излучение? Какова их природа?

3. Как соотносятся теплопроводность и теплоемкость одного и того же тела?

4. Охарактеризовать теплоемкость и теплопроводность воды в сравнен6ии с другими жидкостями.

5. Описать цикл работы четырехтактного ДВС. В чем отличие ди­зельного ДВС от четырехтактного?

6. По обобщенному плану описать явления конвекции, излучения, прибор Тиндаля, охарактеризовать физическую величину "теплоемкость"?

7. Составить обобщающую таблицу знаний по теме: "Явления тепло­передачи".

8. Составить обобщающую таблицу знаний по теме: "Парообразова­ние".

9. Дать определения явлениям теплопроводности, конвекции, излучению на основе обобщающей таблицы взаимосвязи этих явлений как видов теплопередачи.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 4 .

П О С Т О Я Н Н Ы Й Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й Т О К .

В программе по физике по данной теме предусмотрены следу­ющие демонстрации:

1. Источники тока.

2. Измерение силы тока амперметром.

3. Измерение напряжения вольтметром.

4. Зависимость сопротивления проводников от их длины, площади поперечного сечения, материала.

5.Закон Ома для участка цепи.

6. Закон Ома для полной цепи.

6. Последовательное и параллельное сопротивление проводников.

7. Перегорание плавкого предохранителя при коротком замыкании.

ОПЫТ № 1. Источники тока.

Оборудование: стакан толстостенный, вставка для электродов, электрод цинковый, электрод угольный, батарейка от карманного фонарика, лампочка на подставке 1 В, провода соединительные, электрофорная машина, электромагнитный генератор, термопара, фотоэлемент.

Роль источника сводится к созданию и поддержанию в проводниках электрического поля, под действием которого происходит перемещение заряженных частиц по всей цепи. Такую работу могут совершать различные источники тока. Необходимо дать учащимся в общем виде представления о процессах превращения какого-либо вида энергии в электрическую, происходящем в любом источнике тока и перейти к рассмотре­нию различных типов источников тока.

а). Используя электрофорную машину, электромагнитный генератор, термопару, фотоэлемент, получить от них электрический ток и про­демонстрировать какое-либо его действие. Записать для каждого источника тока: какой вид энергии превращается в каждом из них в электрический ток.

б). Химические источники тока.

Для демонстрации гальванического элемента удобнее приме­нять цинковую пластинку и угольный стержень, опущенные в водный раствор нашатыря и поваренной соли. К такому элементу подключают лампочку на 1 В и наблюдают ее яркое свечение.

в) Сухой элемент.

К батарейке от карманного фонарика присоединить лампочку и продемонстрировать действие этого источника тока. ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ учащихся, что в демонстрациях этой темы используется новый для них источник постоянного тока - выпрямитель. Это при­бор, служащий для преобразования переменного сетевого тока в постоянный.

Рассмотреть на рисунке учебника или плакате устройство сухого элемента.

Рассмотрев устройство и действие конкретного гальванического источника надо объяснить обобщенную модель химического источника тока.

ОПЫТ № 2. Измерение силы тока амперметром.

Оборудование: демонстрационный амперметр, выпрямитель ВС-4-12, лампочка на 6 В, провода, ключ, щит из прибора Ионтеля.

Демонстрационный амперметр и вольтметр по своему устройству одинаковы и отличаются числом витков провода на рамке, что делает гальванометр от вольтметра более чувствительным, чем гальванометр от амперметра.

Приборы состоят из следующих составных частей:

• измерительного механизма магнитноэлектрической системы (М),

• сменных шкал (ШК),

• полупроводникового выпрямителя,

• сменных добавочных сопротивлений (С) в вольтметре,

• сменных шунтов (Ш) в амперметре.

Приборы смонтированы в пластмассовых корпусах. Снизу на лицевой стороне корпуса установлено 5 клемм. Для использования прибора в качестве гальванометра служат две нижние клеммы. На задней стенке прибора имеется головка корректора, вращением которой стрелка устанавливается в нулевое положение.

Демонстрационный амперметр служит для измерения силы пос­тоянного и переменного тока с пределами на 3 А и 10 А.

В качестве гальванометра прибор со шкалой с нулем посере­дине применяется для измерения малого постоянного тока в цепи.

При измерении постоянного и переменного тока используются одни и те же шунты. (Принципиальная схема на рис. 2.) Сопротивление прибора (сопротивление обмотки рамки, сопротивление двух спиральных пружин и схемных проводов) - равно 385 ОМ. Оно указано на шкале гальванометра. Для измерения посто­янного тока надо: шунт присоединить к двум правым верхним клем­мам. В передний паз на крышке прибора поставить шкалу постоянно­го тока того же предела измерения, что и установленный шунт.

Для измерения переменного тока шунт необходимо присоеди­нить к левым верхним клеммам и установить шкалу переменного то­ка.

Из схемы амперметра видно, что обмотка рамки прибора че­рез спиральные пружины подключается непосредственно к нижним клеммам "гальванометр". При работе с гальванометром необходимо помнить о его высокой чувствительности и не включать в цепь с током более 0,25 мА во избежание обгорания обмотки или поврежде­ния стрелки.

Выпрямитель закреплен в нижней части корпуса прибора. Сопротивление прибора не остается постоянным. При уменьшении подводимого напряжения оно несколько увеличивается. Поэтому шка­лы прибора для переменного тока имеют неравномерные деления.

Для демонстрации опыта собирают цепь из источника тока, лампочки на щите прибора Ионтеля, амперметра и ключа. Включают демонстрационный амперметр в различные участки цепи и обращают внимание учащихся на то, что показания остаются постоянными. За­тем показывают учащимся различные виды амперметров.

ОПЫТ № 3. Измерение напряжения вольтметром.

Оборудование: демонстрационный вольтметр, источник тока, ключ, лампочка на щите из прибора Ионтеля.

Как вольтметр переменного тока прибор имеет два предела измерения - 250 В и 15 В.

Сопротивление прибора 2,3 Ом (указано на шкале гальвано­метра). Для подготовки прибора к измерению напряжения в цепях постоянного тока необходимо:

а) установить в переднем пазу крышки прибора шкалу постоянного напряжения нужного предела измерений,

б) к клемме "+" подключить соответствующее добавочное сопротивление,

в) установить стрелку в нулевое положение.

При работе с гальванометром необходимо помнить о его высокой чувствительности.

Для демонстрации применения вольтметра измеряют напряже­ние различных источников тока (батарейки, выпрямители) и обращают внимание учащихся на отличие при включении в цепь амперметра и вольтметра.

ОПЫТ № 4. Зависимость сопротивления проводников от длины, площади поперечного сечения и материала проводника.

Оборудование: доска с проволочными сопротивлениями, демонстраци­онный амперметр, ключ, ВС-24, соединительные прово­да, шунт 3А.

Для демонстрации опыта служит доска с четырьмя натянутыми на ней проволоками:

1. константовая l₁ = 0,5 м., d₁ = 0,5 мм, S₁=0,2*10^-6м²

2. константовая l₂ = 0,25 м., d₂ = 0,5 мм, S₂=0,2*10^-6м²

3. две константовые, соединеные параллельно

l₃ = 0,5 м., d₃ = 0,5 мм, S₃=0,4*10^-6м²

4. медная l₄ = 0,5 м., d₄ = 0,5 мм. , S₄=0,2*10^-6м²

К амперметру присоединяют шунт 3 А.

О величине сопротивления R судят по величине силы тока I, то есть при уменьшении сопротивления R участка цепи сила тока I на нем возрастает, и наоборот при увеличении сопротивления R сила тока I падает.

Методически целесообразна следующая последовательность измерений:

1. подключить в цепь R₁, (константовая l₁, S₁) и замерить I₁. Записать результат.

2. подключит в цепь R₂, (константовая l₂, S₂) и замерить I₂

3. подключить в цепь R₃, (константовая l₃, S₃) и замерить I₃

4. подключить в цепь R₄, (медная l₄, S₄) и замерить I₄

1. Сравнивая результаты первого и второго измерений сделать вывод о зависимости сопротивления от длины проводника.

2. Сравнивая результаты первого и третьего измерений сделать вывод о зависимости сопротивления от площади поперечного сечения проводника.

3. Сравнивая результаты первого и четвертого измерений сделать вывод о зависимости сопротивления от материала проводника.

Обобщая результаты сравнений делают вывод о зависимости сопротивления проводника от материала, длины и площади поперечного сечения и записывают формулу: R = p l/S .

ОПЫТ № 5. Закон Ома для участка цепи.

Оборудование: ВС-4-12, демонстрационный амперметр, (шунт на 3 А),

демонстрационный вольтметр (дополнительное сопро­тивление 30 В), магазин сопротивления 10 Ом, реос­тат на 30 Ом, ключ, соединительные провода.

1. Зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротив­лении.

Собирают электрическую цепь из источника тока, амперметра, магазина сопротивления, реостата, вольтметра.

Изменяя напряжение, в каждом случае определяют величину тока. Опыт покажет, что при увеличении напряжения в 2-3 раза ве­личина тока возрастает во столько же раз. Данные опыта записать в таблицу. Сделать вывод. Построить график I = f(U).

2. Зависимость величины тока от сопротивления при постоянном

напряжении.

Устанавливают сопротивление магазина сопротивления 4 Ома и с помощью реостата доводят напряжение на этом участке до 3 В. Снимают показания амперметра. Затем меняют (уменьшают) сопротив­ление магазина и доводя каждый раз с помощью реостата напряжение до прежней величины, измеряют силу тока. Результаты записывают в таблицу и строят график I = f (R).

Изучая данные обеих таблиц легко заметить зависимость силы тока от приложенного напряжения и сопротивления участка цепи. Это служит основанием для вывода формулы:

U

I = - , выражающий закон Ома для участка цепи.

R

ОПЫТ № 6. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Оборудование: прибор Ионтеля, ВС-4-12, три проволочных сопротивления, три лампочки, ключ, провода.

Собирают цепь по схеме:

Цепь состоит из последовательно соединенных источника то­ка, электрической лампочки, проволочного сопротивления и ключа.

а) Затем подключают еще последовательно 2-3 таких же со­противления и наблюдают уменьшение накала лампочки. Делают вывод, что общее сопротивление R=R₁+R₂+...+R_n.

Затем включают несколько электрических лампочек, поясняя тем самым устройство елочной гирлянды. Вывертывают из патрона одну из них, имитируя перегорание и наблюдают как одновременно гаснут остальные.

б) Собирают цепь, включив последовательно с лампочкой такое проволочное сопротивление, при котором ее накал едва за­метен. Затем параллельно первому сопротивлению включают второе, третье и наблюдают постепенное увеличение накала лампочки. Делают вывод, что при параллельном соединении общее сопротивление уменьшается.

Включают в цепь несколько лампочек, соединенных параллельно. Выворачивая одну из них (имитируют перегорание), наблюдают свечение остальных.

ОПЫТ № 7. Перегорание плавкого предохранителя при коротком замыкании.

Оборудование: панель с двумя патронами, лампочки, медная прово­лока диаметром 0,15 мм.

Чтобы показать действие плавкого предохранителя, замыкают клеммы А и В тонкой медной проволокой. Короткое замыкание де­монстрируют, нажимая на кнопку К. При замыкании проволочка пере­горает, верхняя лампочка гаснет, а нижняя продолжает гореть. Снова замыкая клеммы А и В медной проволокой, показывают, что верхняя лампа не перегорела.

Затем знакомят учащихся с устройством и установкой плавких предохранителей в электрических цепях.