Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Театр физического эксперимента. Творческий подход в популяризации физики. Учебное пособие
.pdf
9. «ПУТЕШЕСТВИЕ В СТРАНУ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
И МАГНЕТИЗМА»
Я мыслю, следовательно, я существую.
Науку всё глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись,
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.
Фирдоуси (персидский и таджикский поэт, 940–1030 гг.)
Мы сегодня приглашаем вас
в путешествие в страну электричества и магнетизма
Действующие лица: Тесла, Ампер, Фарадей, Масквелл, Герц.
Тесла
Сегодня вспомним всё о токах
Заряженных частиц потоках,
И про источники, про схемы,
И нагревания проблемы,
Ученых, чьи умы и руки
Оставили свой след в науке,
Приборы и цепей законы,
Кулоны, вольты, ватты, омы.
Решим, расскажем, соберем,
Мы с пользой время проведем!
Декарт
Ампер
Электричество кругом,
Полон им завод и дом,
Везде заряды: там и тут,
В любом атоме живут.
А если вдруг они бегут,
То тут же токи создают,
Нам токи очень помогают,
Жизнь кардинально облегчают!
91
Фарадей
Удивительно оно,
На благо нам обращено,
Всех проводов величество
Зовется электричество.
Тесла
Проявим нынче мы умение,
Законы объясним, явления,
Электризацию, сопротивление
И мощность – как работу за мгновение.
Эксперименты проведем
И победителей найдем!
Максвелл
Любят слушать электронные хоры
Физики – смешные человеки.
Микро-, макро- и всякие магнитные миры
Поселились в душах их
навеки.
В ураганах квантов и полей
Слышится дыхание Вселенной.
Физики счастливей всех людей,
С ними даже время откровенно.
Им видны и смысл, и краса
В дебрях самых сложных уравнений,
А еще им снится уж совсем не иногда
Электричества бурное рождение.
Фарадей
Когда магнит вращается
И поле изменяется,
В обмотке ток
пойдет
И лампочку зажжет.
И будет электричество
В промышленном количестве.
Явление индукции
В итоге мы имеем,
Открыто Фарадеем!
92
Герц
Физика – основа техники, и ее знание необходимо каждому совре-
менному человеку. Изучение физики дисциплинирует ум, развивает логическое мышление. Физики – очень любознательные люди.
Загадки
1. Вы его в руках держали,
Когда лабораторную выполняли.
Им силу тока изменяют,
Если что-то в нем сдвигают. (Реостат)
2. В нашей комнате одно
Есть волшебное окно:
В нем летают чудо-птицы,
Бродят волки и лисицы. (Телевизор)
3. Он всем несет тепло и свет,
Его щедрей на свете нет,
К поселкам, селам, городам
Приходит он по проводам. (Электрический ток)
4. Сначала – блеск,
За блеском – треск,
За треском – плеск. (Молния, гром, дождь)
5. Внутри горит,
кругом бурлит,
Вода кипит, чай пить велит,
Вверх пар валит. (Самовар)
6. К дальним селам, городам
Кто идет по проводам?
Светлое величество
Это … электричество.
93
7. Очень строгий контролер
Со стены глядит в упор,
Смотрит не моргает.
Стоит только свет зажечь
Или включить в розетку печь –
Всё на ус мотает. (Счетчик)
8. Летит птица орел, несет в зубах огонь,
Огневые стрелы пускает,
Никто ее не поймает. (Молния)
Продолжаем наше путешествие.
Сейчас мы отправимся в город
опытов и экспериментов
Определите ученого
1. Выдающийся математик, стал академиком в 39 лет. Высказал опе-
режающую время мысль о том, что магнит представляет собой совокупность токов. Увлеченный экспериментатор за несколько дней сконструировал прибор для демонстрации двух проводников с током. (Ампер)
Эксперименты
1. «Катушка Тесла».
2. «Электромагнитная индукция».
3. «Закон Фарадея».
4. «Взаимодействие параллельных токов».
5. «Падение магнита в трубе».
6. «Опыт Герца».
Максвелл. Заключительное слово
– По словам русского поэта XIX века Якова Петровича Полонского,
Царство науки не знает предела –
Всюду следы ее вечных побед,
Разума слово и дело,
Сила и свет.
94
Эти слова по праву можно отнести к замечательной науке электродинамике, подарившей нам много открытий, осветившей нашу
жизнь в прямом и переносном смысле. А сколько еще непознанного
вокруг! Какое поле деятельности для пытливого ума, смелых рук
и любознательной натуры! Так что запускайте свой «вечный двигатель», и вперед.
Герц
А закончить мероприятие мы хотим стихотворением польского поэта Мицкевича:
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?
Что было бы? Пришла бы снова
Хаоса мрачная пора.
Лучам приветственное слово,
А электричеству – ура!
10. МИР ЧУДЕС
Действующие лица: Даша, Дамир, Юля, Макс.
Эксперименты
1. «Шарик в потоке воздуха».
2. «Электрофорная машина».
3. «Вихревые кольца».
4. «Жидкий азот».
5. «Труба Рубенса».
6. «Гроб Магомета».
7. «Униполярный двигатель Фарадея».
8. «Графитовый шарик в поле».
Даша. Каждый из нас ждет чудес! Каждый из нас верит в волшеб-
ство независимо от возраста. И сегодня у всех вас есть уникальная возможность увидеть настоящую магию своими глазами! Вы окунетесь в
мир
чудес и удивительных превращений.
95
Дамир (скептически). В наших опытах нет ничего волшебного и загадочного. Это просто физика и ее законы.
Даша. А что ты скажешь, если я прямо сейчас заставлю этот шарик
парить в воздухе?
Опыт 1 «Шарик в потоке воздуха» (Даша).
Юля. Ну, дорогая моя, всё очень просто. Шарик держится в
струе
воздуха и не падает. Это объясняется тем, что в струе воздуха, где скорость его большая, 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.
Макс
. А теперь я покажу вам опыт, он называется «Электрофорная
машина». Эта машина предназначена для проведения демонстрационных опытов по электростатике. Прибор может использоваться в качестве источника разноименных электростатических зарядов, а также источника напряжения при демонстрации явления электростатической индукции и в качестве преобразователя механической энергии в электрическую.
Опыт 2 «Электрофорная машина» (Макс).
Юля. Как вы думаете, что общего может быть у урагана и, напри-
мер, НЛО? Ураганы и циклоны – это гигантские вихревые образования,
а то, что мы видим как неопознанный летающий объект, скорее всего,
атмосферный вихрь. Вихревые образования мы встречаем чуть ли не повсюду: например, кружащиеся
клубы снега либо песка или когда спускаем воду из наполненной ванны. Научившись ими управлять, мы сможем обуздать ураганы, торнадо и даже летать с их помощью, как это
делают многие жуки. Но это, конечно, же в теории, а сначала нужно исследовать их свойства. Для исследования взяли частный случай вихре
вых образований – вихревые кольца. Была построена установка – аппарат Тейта. Он представляет собой банку со стенками длиной 0,75 метра.
Его задняя стенка – мембрана – сделана из куска клеенки и системы резиновых жгутов, которые обеспечивают упругость мембраны. Напротив
нее стоит диафрагма – стенка с круглым отверстием. Внутрь ящика запускаем дым, используя дымомашину.
-
96
Опыт 3 «Вихревые кольца» (Юля).
Даша. Ну, разве это не чудо?
Макс. Это физика!
Юля. Действительно, это физика. Ударяя по мембране, мы сооб-
щаем некоторую скорость прилегающему к мембране слою дыма.
Придя в движение, этот слой вызывает уплотнение соседнего слоя,
тот – следующего, и так далее. Когда уплотнение доходит до диафрагмы, дым вырывается из отверстия, приводит в движение ранее покоившийся воздух комнаты и благодаря силам вязкого трения сам закручивается в дымовое кольцо.
Даша. Ой, какая красивая роза! Это мне?
Дамир. Нет, она и многое другое понадобится нам для опытов
с жидким азотом. Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно
крупные объекты. Это широко распространенная ошибка. Даже для замораживания цветка необходимо продолжительное время. Это связано
отчасти с весьма низкой теплоемкостью азота.
Опыт 4 «Жидкий азот» (Дамир).
Макс. Хочется показать один из самых эффектных опытов, который
называется «Труба Рубенса». Этот физический эксперимент по демонстрации стоячей волны основан на связи между звуковыми волнами
и давлением воздуха (или газа). Отрезок трубы перфорирован по всей
длине, один конец трубы подключается к маленькому динамику, а дру
-
гой – к источнику горючего газа. Труба заполнена горючим газом так,
что просачивающийся через отверстия газ горит. Если используется постоянная частота, то в пределах трубы может сформироваться стоячая
волна. Когда динамик включен, в трубе образуются области повышенного и пониженного давления. Там, где благодаря звуковым волнам
находится область повышенного давления,
через отверстия просачивается больше газа и высота пламени больше. А изменяя частоту звука,
можно менять количество наблюдаемых пиков.
Опыт 5 «Труба Рубенса» (Макс).
Опыт 6 «Гроб Магомета» (Дамир).
Эффект Мейснера – полное вытеснение магнитного поля из объема
проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное
97
поле полностью вытесняется из его объема. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления
до нуля индукция магнитного поля в объеме должна сохраняться без изменения. Отсутствие магнитного поля в объеме проводника позволяет
заключить из общих законов магнитного поля, что в нем существует
только поверхностный ток. Он
физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведет себя формально как идеальный диамагнетик.
Однако он не является диамагнетиком, так как внутри него намагниченность равна нулю.
«Гроб Магомета» – опыт, демонстрирующий эффект
Мейснера
в сверхпроводниках. По преданию, гроб с телом пророка Магомета висел в пространстве без всякой поддержки, поэтому этот эксперимент
называют «Гроб Магомета».
Сверхпроводимость существует только при низких температурах
(при температурах ниже 150 К), поэтому предварительно вещество
охлаждают, например, при помощи жидкого азота. Далее магнит кладут
на поверхность плоского сверхпроводника. Даже
в полях, магнитная
индукция которых составляет 0,001 Тл, заметно смещение магнита
вверх на расстояние около сантиметра. При увеличении поля вплоть до
критического магнит поднимается всё выше. Одним из свойств сверхпроводников является выталкивание магнитного поля из области сверхпроводящей фазы. Отталкиваясь от неподвижного сверхпроводника,
магнит «всплывает» и продолжает «парить» до тех
пор, пока внешние
условия не выведут сверхпроводник из сверхпроводящей фазы. В результате этого эффекта магнит, приближающийся к сверхпроводнику,
«видит» магнит одинаковой полярности и точно такого же размера,
что и вызывает левитацию.
Опыт 7 «Униполярный двигатель Фарадея» (Юля).
Всё, что нам понадобится, это недлинный шуруп, круглый магнит,
батарейка и кусок
провода. К центру магнита притягиваем шуруп, шуруп намагничивается, и его теперь можно притянуть к плюсовому контакту батарейки. Получается, что шуруп с магнитом висит на батарейке.
Теперь берем провод, подсоединяем к верхнему (минусовому) контакту
батарейки и прикасаемся им к внешней стороне магнита. Он начинает
вращаться. Интересно, правда?
98
Теория работы довольно проста: ток течет от места касания провода
к шурупу, а проекция этого тока на горизонтальную плоскость направлена от края к центру магнита. Со стороны магнитного поля, которое
направлено вертикально вверх, на движущиеся электроны начинает
действовать сила Лоренца, увлекаеющая магнит за собой.
Опыт 8 «Графитовый шарик в поле» (
Даша).
Под действием поля внутри конденсатора на шарике индуцируются
заряды. Они распределяются так, чтобы одноименные к ближней пластине конденсатора заряды расположились подальше от нее, а разноименные – поближе. Это приводит к возникновению силы, притягивающей шарик к одной из пластин. При соприкосновении шарика с пластиной на него переходит
заряд, одноименный с зарядом пластины, возникает отталкивание от этой пластины и притяжение к другой. Далее всё
повторяется. Шарик на себе переносит заряды с одной обкладки конденсатора на другую и перемещается.
Даша. И что же получается, что в мире нет чудес и волшебства?
И всё объясняется законами физики?
Дамир.
Не всё… Существуют по-настоящему волшебные вещи, ко-
торые невозможно объяснить физикой, такие как дружба, любовь.
Юля. И мы желаем вам, чтобы жизнь постоянно была наполнена
волшебством и чудесами!
Даша. А если вы хотите увидеть еще больше увлекательных опытов,
мы ждем вас в театре физического эксперимента НГТУ, художественным руководителем которого
является старший преподаватель кафедры
общей физики НГТУ Березин Н.Ю.
11. ФИЗИКА ВОКРУГ НАС
Действующие лица: ведущая, Физика, Ньютон.
Эксперименты
1. «Вода в решете».
2. «Адиабатическое расширение газа».
3. «Сдавливание алюминиевой банки».
4. «Атмосферное давление».
5. «Монета, стакан, лист бумаги».
6. «Шарик в стакане с водой».
99
7. «Непротекающий пакет».
8. «Вверх по наклонной плоскости».
Ведущая
Над буйным хаосом стихийных сил
Сияла людям мысль, как свет в эфире.
Исканьем тайн дух человека жил,
Мощь разума распространялась в мире.
Упали в прах обломки суеверий,
Наука в правду превратила сон:
В пар, в телеграф, в фонограф, в телефон,
Познав составы звезд
и жизнь бактерий.
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света,
И электрических лучей?
Что было бы? Пришла бы снова
Хаоса мрачная пора.
Лучам приветственное слово.
Науке – громкое «ура».
«В некотором царстве, в некотором государстве жил-был человек.
Имя тому царству – Природа, а
королевой в царстве Природы была, несмотря на свой почтенный возраст, гордая, мудрая красавица … и звали
ее?.... Физика! (Звучит песня «Ты узнаешь ее…»)
Выходит Физика, проходит по сцене как королева.
Физика. Из столетия в столетие я училась разбираться в своем хо-
зяйстве и умению управлять им. Но человек не
сразу признал мою
власть королевы! Было время, когда человеком владел страх перед Природой.
Полыхали молнии, громыхал гром, мороз сковывал землю, бушевали бури и штормы, а люди не знали, почему всё это происходит, и часто погибали.
Звуки молнии, грома, ветра.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]