Author: Горячкин Е.Н.
Tags: физика научный метод методическое пособие учпедгиз преподавание физики
Year: 1948
Text
к»;ю1Ц||1Г111.!1ВШ1|!|Ш11Ш1:в11111||11Ы11> iiiiiiiiiMiiiiiimiiuii < .
э
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
В СЕМИЛЕТИЕ» ШКОЛЕ
2
том II
МЕТОДИКА и ТЕХНИКА
ФИЗИЧЕСКОГО
f
ЭКСПЕРИМЕНТА
2
I
i
iiniiiiimiiiHimnini HiiiimHiiiwiiiMiitiiiaiiHimiiiniiuiiiHiiWiT
ЕЛЕ
Г1
АКАДЕМИЯ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ НАУК РСФСР
ИНСТИТУТ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ
Е. Н. ГОРЯЧКИН
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
ФИЗИКИ
В СЕМПЛЕТНЕИ ШКОЛЕ
ТОМ II
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА
ФИЗИЧЕСКОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА
Пособие для учителей
и руководство к практикуму
для учительских институтов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
МОСКВА *1948
Scan AAW
Тридцатилетию советской школы
серию руководств по методике физики
посвящает автор.
Москва, 1947.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА.
Настоящее пособие в его целом является серией руководств
по методике физики для семилетней общеобразовательной школы,
составленных автором к тридцатилетию советской школы на ос-
нове его двадцатипятилетнего опыта работы с преподавателями
физики и студентами педвузов. Назначением серии является
ознакомление преподавателей и будущих педагогов (студентов пе-
дагогических и учительских институтов) со всеми многообразны-
ми видами знаний и навыков, которые необходимы для успешно-
го преподавания физики в советской школе.
В состав этой серии входят:
Том 1. Основные вопросы методики физики. Методы препода-
вания физики. Методические указания по темам программы
по физике в семилетней школе.
Том II. Оборудование физического кабинета. Методика и тех-
ника физического эксперимента (демонстрации и лабора-
торные работы).
Том III. (Совместно с С. Н. Жарковым.) Лабораторная тех-
ника. .Ремесленные навыки преподавателя. Упрощенные
приборы и приёмы их изготовления.
Том IV. Методика педагогического рисования на уроках фи-
зики. Техника выполнения рисунков. Обзор рисунков по
темам программы семи летней школы.
Том II содержит в себе три основные части. Часть первая по-
священа вопросу оборудования школьного физического кабинета.
В главе первой этой части рассмотрены также некоторые специ-
альные вопросы методики и техники эксперимента, написанные
в дополнение к изложенному в т. I, §§ 7, 14 и 15, и необходимые
для правильного пользования настоящим пособием. Часть вто-
рая рассматривает вопросы методики и техники демонстрацион-
ного эксперимента в средней школе; часть третья посвящена ла-
бораторным работам.
Поскольку т. II предназначен не только для преподавателей
семилетней школы, но и для преподавателей методики физики
4
учительских институтов, то приводим некоторые указания о про-
ведении практикума по методике и технике физического экспе-
римента.
1) Степень оборудования различных учительских институтов
неодинакова, поэтому в настоящем руководстве приводится опи-
сание большего количества экспериментов, чем их может проде-
лать студент во время прохождения практикума. Действительно,
только при этом условии руководитель, применительно
к имеющемуся на месте оборудованию, сможет сделать
подбор опытов, который оказывается нужным и возможным
для обязател ьного выполнения студентами.
2) Обучение методике и технике эксперимента нельзя сводить
к постановке только тех демонстрационных и лабораторных опы-
тов, которые непосредственно нужны при преподавании в семи-
летней школе. Знания преподавателя и его навыки по
эксперименту должны быть более глубокими и разно-
образными. Подобно тому как нельзя преподавать фи-
зику, зная её только в объёме средней школы, точно так же совер-
шенно невозможно выучиться проводить эксперимент, проделав
только те из опытов, которые преподавателю придётся показы-
вать на уроках. Особенно полными должны быть знания и навы-
ки по основным физическим приборам: проекционные ап-
параты, воздушный насос, барометры, электрические и другие
измерительные приборы, аккумуляторы и т. п. Поэтому на дос-
таточно полное описание этих приборов обращено особое внима-
ние.
3) Отсутствие в библиотеках литературы по ме-
тодике и технике эксперимента, вызванное условиями Отечест-
венной войны, заставило автора отказаться в значитель-
ной мере от ссылок на литературные источники и описывать
большинство приборов достаточно подробно, чтобы студенты и
преподаватели могли пользоваться приборами без Дополнитель-
ного чтения каких-либо других пособий.
4) Особое внимание обращено автором на формулировку и вы-
деление в тексте правил обращения с различными
измерительными и другими приборами для создания у препода-
вателя твёрдых и правильных знаний и навыков в этой области.
5) В настоящее пособие включены некоторые сведения из
электротехники по вопросам: гальванические и акку-
муляторные выпрямители, электрические лампочки и др., так
как описание их в достаточно сжатом виде трудно найти в литера-
туре.
Двадцатипятилетний опыт автора по работе со студентами пед-
вузов и с учителями по повышению их квалификации показы-
вает, что молодые преподаватели физики, только что вышедшие
из стен педагогического учебного заведения, оказываются дале-
ко недостаточно подготовленными к своей практической деятель-
5
ности в школе; в частности, они не владеют нужными знаниями
в области методики и техники эксперимента,а также эле-
ментарными ремесленными навыками, совершен-
но необходимыми каждому преподавателю физики. Условия же
послевоенного времени ставят молодых преподавателей в ещё
более трудное, чем обычно, положение, заставляя в не-
которых случаях быть организаторами физического
кабинета заново и буквально на «чистом месте», и притом в
данный момент при весьма ограниченных средст-
вах и возможностях. Это же в первую очередь ставит перед ру-
ководителем преподавания физики в учительском институте ответ-
ственную задачу по выполнению программ и притом по их ду-
ху, а не букве.
Выявляя причины плохой подготовки студентов в практичес-
ком отношении, можно, конечно, ссылаться на недостаточное ко-
личество часов, отведённых учебными планами для этой цели.
Но эта причина не является основной, так как при должном ис-
пользовании даже этих часов качество подготовки студентов мо-
жет быть значительно выше, чем оказывается на деле.
Первое, что особенно болезненно отражается на подготовке, —
это отсутствие единой системы и единого пла-
на по всем видам работы по методике физики, приводящее к из-
лишнему теоретизированию курса и к обособленности
его как от занятий в практикуме по эксперименту, так и от про-
ведения педпрактики. К сожалению, недостаток места в настоящем
издании не позволяет на страницах, специально отведённых для
преподавателя методики, хотя бы коротко коснуться вопроса
о постановке преподавания методики физики в учительских ин-
ститутах, и автор надеется сделать это в отдельном издании.
Вторым существенным обстоятельством оказывается отсут-
ствие специально оборудованной лаборатории по мето-
дике и технике эксперимента, где могли бы нормально протекать
все виды занятий по методике физики. Между тем, совершенно
точно так же, как занятия в средней школе по физике невоз-
можны без наличия физического кабинета, так и проведе-
ние курса методики физики и педпрактики,
а тем более практикума по методике и технике экспери-
мента совершенно немыслимы без соответствующей
лаборатории. Оборудование же подобной лаборатории —
труд длительный и не малый, в чём легко убедится руководитель,
когда станет осуществлять постановку работ хотя бы примени-
тельно к настоящему руководству.
• Третьей причиной, самым отрицательным образом сказываю-
щейся на качестве практической подготовки студентов, в неко-
торых случаях является неправильная постановка са-
мого практикума по методике и технике эксперимента.
Нужно раз и навсегда выяснить себе, что цели занятий в этом
6
практикуме специфичны и поэтому совершенно отличны от работ
в практикуме по общей физике. Если целые занятий в последнем
является воспроизведение тех или иных физических явлений с
.целью их наблюдения студентом или овладения им методами из-
мерения физических величин, то в практикуме по методике и тех-
нике эксперимента задача является совершенно иной. Вовсе не
для того организуется методический практикум, чтобы студент
лично для .себя повторил наблюдения физических явлений (он
уже не раз их видел, а то и воспроизводил при своём обучении в
средней школе, на лекциях экспериментальной физики, в пра-
ктикуме по физике). Целью занятий является обучение
такому воспроизведению физических явлений, которое соответ-
ствовало бы методическим требованиям средней школы и обеспе-
чивало бы построение всего педагогического процесса урока по
физике на эксперименте как основной базе.
Таким образом, если студент в практикуме по физике прово-
дит опыты исключительно лично для себя, то при занятиях ме-
тодикой он изучает способы и методы, как то или иное физичес-
кое явление должно быть воспроизведено им для
других, именно для учащихся средней школы,
и притом в полном подчинении общим и частным целевым установ-
кам преподавания физики в средней школе.
В настоящем руководстве автор делает попытку вывести пос-
тановку работ в практикуме на тот путь, который он считает наи-
более правильным на основе своего долголетнего опыта. Руковод-
ству придан с заранее обдуманной целью характер учебника, в
частности делающей его ничем иным, как специальной частью
курса методики физики, трактующей об экспериментальном ос-
нащении уроков по физике в средней школе. С этой целые, кроме
описаний работ, значительное внимание уделено обзорам
эксперимента по всем темам существующей программы
школы для того, чтобы студенты получили сравнительно полное
представление о всей той экспериментальной части, которая долж-
на быть ими развёрнута в школе. Автор поставил себе ещё целью,
чтобы в процессе работы по настоящему руководству у студен-
та развивалось критическое отношение к вопросам ме-
тодики эксперимента на основе сопоставления различных вариан-
тов эксперимента. Достаточно серьёзное внимание уделено так-
же автором вопросу об организации лабораторных
занятий учащихся; описанию их отведена часть III настоя-
щего пособия.
Особенностью второго тома, который во многих случаях бу-
дет служить справочником для студентов и для преподавателей
физики, является обилие ссылок как в пределах одного тома, так
и всех других томов этого же труда. Чтобы читатель мог без зат-
руднений пользоваться принятой системой справок, необходимо
учесть всю структуру книги.
7
Каждый том, кроме «частей», разбит на «главы», которые
подразделяются на «параграфы». Каждый параграф делится на
«разделы», нумерация и заголовки которых набраны жирным
шрифтом.
Раздел состоит обычно из нескольких пунктов; их подзаголов-
ки набраны разрядкой и нумерация снабжена скобками,
стоящими после числа.
Каждый том имеет свою сквозную нумерацию параграфов,
поэтому в ссылках указываются: номер тома (римской цифрой),
номер параграфа (жирным шрифтом) и номер раздела, например,
т. 15 § 5, 2, пункты в ссылках обычно не упоминаются.
Если ссылка даётся в пределах одного и того же (второго) то-
ма, то номер тома не указывается. При ссылках в пределах од-
ного параграфа пропускается и номер параграфа: «раздел 3» или
«в разделе 5». При ссылках на дальнейший третий том указывает-
ся иногда лишь номер тома.
При ссылках на литературу применяются сокращённые услов-
ные обозначения, именно:
Ф. Э. — Галанин, Горячкин, Жарков, Пав-
ша, Сахаров, Физический эксперимент в школе, т. I—VI.
X. Э. — Верховский, Техника и методика химиче-
ского эксперимента в школе, т. I—II.
Ст. уч. — Фалеев и Пёрышкин, Физика. Учеб-
ник для 6—7 классов, ч. 1 и 2, изд. 9-е, 1940.
Лаб. зан. — Знаменский, Лабораторные занятия по
физике в средней школе, ч. I—III, изд. 3-е, 1934.
Горячкин, «Проводка» — Как самому рассчитать и сде-
лать электрическую проводку, изд. 3-е, 1935.
Сахаров, физика. Учебник для школ взрослых, изд. 8-е,
1940.
Ц и н г е р, Начальная физика, изд. 12-е, 1928.
Буквенные обозначения, принятые в книге:
1 — длина d — диаметр D — плотность; уд. гее I — сила тока U — напряжение, ЭДС 7? — сопротивление А — ампер V -- вольт W — ватт kW — киловатт Q — ом г — единица массы, ре- зультата взвешивания на рычажных весах Г — единица силы и ве- са, результата взвеши- вания на пружинных весах '
Редактирование настоящей работы произведено С. Н. Жар-
ковым, сделавшим автору ряд ценных указаний по выправлению
отдельных недочётов и неясностей, и, наконец, принявшим уча-
8
стие в .составлении разделов об ошибках при физических изме-
рениях учащихся и библиографии.
При составлении настоящего тома автором было обращено
оссбое внимание на иллюстрационный материал с тем, чтобы он
соответствовал аппаратуре, выпускаемой или выпускавшейся ра-
нее нашей отечественной промышленностью. Поэтому рисунки
в настоящем томе являются в подавляющем большинстве слу-
чаев оригинальными. Выполнялись они с натуры художниками
М. В. Шамариным, С. В. Филипповичем и А. И. Сайчуком.
Значительную помощь при фотографировании приборов и уста-
новок оказал А. Е. Ключарев.
Просьба к преподавателям физики средней школы и препода-
вателям методики физики о всех замеченных недостатках сооб-
щать по адресу: Москва, Лсбковский пер., д. 5, Институт мето-
дов обучения Академии педагогических наук, Е. Н. Горячкину.
Москва. 1947 г. Е. Н. Горячкин
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.
ФИЗИЧЕСКИЙ КАБИНЕТ СЕМИЛЕТНЕЙ
ШКОЛЫ.
Глава первая.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ И ТЕХНИКИ
ФИЗИЧЕСКОГО ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 1. Классификация школьного физического эксперимента.
Условимся понимать под термином «школьный физический экс-
перимент» всю ту сумму работ экспериментального характера
по физике, которые приходится проделывать преподавателю и
учащимся как при прохождении обязательного курса, так и при
занятиях внеклассного типа. Школьный физический эксперимент
может быть разделён на три основных и различных между собой
вида:
1. Демонстрационные эксперименты,
или демонстрационные опыты.
2. Лабораторные опыты, или занятия.
3. Внеклассные занятия по подготовке учащи-
мися демонстрационного эксперимента для проведения его учи-
телем в классе, по подготовке и проведению опытов в кружках,
по изготовлению приборов и техническому моделированию.
Все эти виды занятий служат единой цели изучения зако-
нов физики и их приложений в быту и в’технике,
а также проявлений этих законов в природе. В результате такого
изучения, помимо общеобразовательного значения,
в известной мере достигается развитие мышления
учащихся, и, кроме того, они получают ряд важнейших навыков
политехнического характера (т. 1, § 5 и § 109 4).
Указанные виды школьного эксперимента весьма резко раз-
личаются между собой по своему характеру и преследуют помимо
общей ещё свои специальные цели.
Демонстрационный эксперимент имеет сво-
ей непосредственной целью воспроизведение того или иного
физического явления, а также ознакомление учащихся со спосо-
10
§ I
бами его получения. Роль и значение демонстрационного экспе-
римента были выяснены в т. I (§ 7, 1—2; § 12, 4—8 и § 15) и пока-
заны для конкретных случаев в методических указаниях к про-
грамме. Характерно, что при демонстрациях, проводи-
мых на уроках преподавателем, учащиеся являются только наб-
людателями, и, следовательно, они остаются пассивными, в том
смысле, что они не принимают участия ни в подготовке опыта,
ни тем более в его проведении. Восприятие учащимися явления
при демонстрациях происходит главным образом при посред-
стве только одного из чувств, именно — зрения и много
реже слуха (акустика); все же остальные чувства (мышечное ощу-
щение, осязание, ощущение теплоты) не участвуют в этом восприя-
тии, хотя в некоторых случаях именно эти-то ощущения и имеют
решающее значение при формировании понятий. Естественно, что
учащиеся при наблюдении демонстраций никаких навыков не
получают. Таким образом, демонстрационный эксперимент, яв-
ляясь одним из действенных средств обучения физике, не может
один решить всех задач, стоящих перед её преподаванием.
При лабораторных занятиях учащиеся явля-
ются непосредственными, или активными, участниками во всём
процессе эксперимента от начала до конца, т. е. своими собствен-
ными руками в известной мере подготавливают опыт или измере-
ние и самостоятельно воспроизводят их. Восприятия при лабора-
торных работах являются основанными на большем и более раз-
ностороннем числе «чувственных» впечатлений и оказываются более
глубокими и полными по сравнению с восприятиями при наб-
людении демонстрационного эксперимента. Поэтому, как это бе-
зусловно доказано школьной практикой, при формировании не-
которых, в особенности сложных, понятий лабораторные работы
играют решающую роль (т. 1, § 8, 2 и § 26, 1 и 2). Кроме того, в
результате лабораторных работ учащиеся получают развитие
не только своего «ума», но и своих «рук», приобретая навыки
по применению приборов для воспроизведения физических явле-
ний и для измерения физических величин. Однако по ряду при-
чин, в том числе в целях экономии времени, при лабораторных
занятиях учащиеся используют заранее подготовленную препо-
давателем аппаратуру и проводят работы по определённому за-
данному плану. Таким образом, при лабораторных занятиях обыч-
ного типа возможности для проявления, а тем более развития ини-
циативы и конструктивных способностей учащихся крайне о г-
раничены. В отличие от лабораторных занятий классного
типа работы по эксперименту в кружках, будь то конструиро-
вание и изготовление приборов, подготовка опытов для демонст-
раций в классе или техническое моделирование, не только воору-
жают учащихся соответствующими знаниями и техническими
навыками, но, главное, удовлетворяют особой цели, именно—широ-
кому выявлению и развитию инициативы и конструктивных спо-
$ 2
11
собностей. Все эти три вида занятий требуют различной методи-
ки и техники для своего проведения.
В настоящем томе рассматриваются вопросы, главным обра-
зом относящиеся к демонстрационным экспериментам и лабора-
торным занятиям. Вспросы о методике и тематике кружковой
работы в основном изложены в т. 1 (§ 48—50), а также рассмотре-
ны в т. [II, §§ 2—3.
§ 2. Взаимоотношения методики и техники физического
эксперимента.
Для проведения опыта преподаватель подбирает необходимые
приборы, иногда составляя из них более или менее сложные
установки, и затем проделывает с ними ряд определённых манипу-
ляций для воспроизведения тех или иных физических явлений.
В некоторых случаях преподавателю приходится изготовить свои-
ми силами нужный прибор по какому-либо образцу или по опи-
санию, а то и придумывать самостоятельно конструкцию прибо-
ра. Всё это требует от преподавателя некоторой суммы знаний:
устройства приборов, правил обращения с ними и т. п., а также
определённых навыков, и составляет техническую сторону экс-
перимента.
Таким образом, к технике физического эксперимента должны
быть отнесены вопросы о соответствующем подборе или изготов-
лении аппаратуры и о применении таких способов и приёмов ис-
пользования её, чтобы: 1) оказался исключённым какой-либо
риск нанесения вреда приборам и 2) физическое яв-
ление было воспроизведено наилучшим образом как
с качественной, так и количественной стороны.
Однако при постановке и проведении экспериментов в школе
нельзя ограничиваться только одной задачей о воспроизведении
явления как такового. Надо уяснить себе раз и навсегда, что нес-
мотря на исключительно важное значение эксперимента
в курсе физики семилетней школы, он никогда не может явиться
самоцелью, а должен служить лишь средством для обеспечения
педагогического процесса, т. е. для решения задач, стоящих
перед преподаванием физики. Поэтому во время предваритель-
ной подготовки к уроку преподаватель определяет, что именно
должно быть показано и для какой цели предназначена дан-
ная демонстрация или лабораторная работа. Такая целевая ус-
тановка позволит выяснить, каким образом, а следовательно, и
с какими средствами явление необходимо продемонстрировать;
иными словами, позволит уточнить не только содержание, но
определить форму эксперимента, а также технику проведения
его.
Воспроизведение того или иного физического явления может
отличаться значительной степенью глубины и полноты, а также
12
§ 2
выделением всех сторон действительного физического процесса,
или же явление показывается в схематизированном и упрощен-
ном виде. Так, например, демонстрация на закон Ома может быть
сведена к рассмотрению явления для участка, а не для всей цепи;
демонстрация принципа действия аккумулятора — к образова-
нию перекиси свинца на анодной пластинке без рассмотрения
изменений в свинце на катоде; демонстрация отражения и прелом-
ления параллельных лучей —к пересечению их в главном фо-
кусе; демонстрация весового давления на дно—для сосуда с верти-
кальными стенками и т. п.
Степень схематизации и упрощения физического явления при
его воспроизведении всецело определяется требованиями педаго-
гического процесса, для которого этот эксперимент является ба-
зой для построения известных заключений. Эти же требования
формулируются исключительно методикой преподавания физики—•
отсюда полное подчинение картины воспроизводимого явления
методическим целям.
Наконец, в процессе обучения физике ни в коем случае нель-
зя ограничиваться одним воспроизведением явления без изучения
тех средств и способов, какими оно получено. Это второе тре-
бование методики имеет определяющее значение для техники
постановки и проведения опытов.
Эти два основных требования методики иногда позволяют лег-
ко подобрать необходимый комплект аппаратуры и определить
технику воспроизведения явления; в отдельных же случаях они,
вступая между собой в некоторое противоречие, приводят к необ-
ходимости разрешить далеко не простые задачи технического и
методического характера. Действительно, в ряде случаев упро-
щение аппаратуры, предпринимаемое в целях достижения дос-
тупности для понимания принципа её действия и устройства, не-
благоприятно отражается на качестве воспроизводимого явления.
Поэтому задачей методики и техники школьного физического экс-
перимента является создание или подбор такой аппаратуры и
применения таких технических приёмов, чтобы с возможно бо-
лее простыми средствами достигнуть такого воспроизведения
явления, на основе наблюдения которого могли быть построены
соответствующие выводы. Таким образом, методикой опреде-
ляется техническая сторона эксперимента, понимая под этим и
устройство применяемых приборов.
Будущему преподавателю далеко недостаточно овладеть толь-
ко одной техникой школьных опытов (что сделать сравнительно
просто), т. е. приобрести уменье в обращении с физическими
приборами с целью демонстрации опытов, но необходимо нау-
читься точно формулировать методические цели, которые пре-
следуются при данном эксперименте с тем, чтобы всецело подчи-
нить им техническую сторону, иногда вплоть до устройства при-
боров.
£ 3
13
Нужно также иметь в виду, что только при критическом
отношении ко всей, даже общепринятой, аппаратуре и к приёмам
использования её молодой преподаватель сможет стать не только
образцовым педагогом, но и подняться выше того уров-
ня, до которого достигла методика сегодняшнего дня. Препода-
ватель же рутинёр при проведении курса физики слепо идёт про-
торённой другими дорогой, предрешённой официальным учебни-
ком, и не рискует производить «переоценку ценностей», несмотря
на своё безусловное право на сколь угодно оригинальное ре-
шение методических задач для достижения максимальной эф-
фективности преподавания. Следует обратить внимание, что в
учебниках и методических пособиях иногда используются неко-
торые эксперименты, являющиеся общепринятыми, которые, од-
нако, в методическом отношении не выдерживают критики. Осо-
бенно ярким примером из числа таких экспериментов является
обычная демонстрация электромагнитной индукции с индук-
ционной катушкой (рис. 392). Вопрос о проведении демонстра-
ционного эксперимента для указанного явления подробно рас-
смотрен в § 50, 5, где показано, какое определяющее значение имеет
методика для техники эксперимента', поэтому этот конкретный
пример следует подвергнуть тщательному изучению. В рассматри-
ваемом случае методические требования приводят не только к из-
менению общепринятой техники воспроизведения опыта, но
заставляют сделать переключения проводов внутри демонстрацион-
ного гальванометра (рис. 323), а главное изготовить своими сила-
ми индукционную катушку совершенно иного типа (рис. 40).
Молодой советский педагог должен, тщательно изучив опыт
других учителей и методистов и всемерно использовав его, ис-
кать наилучших методических путей в решении задач препода-
вания физики, проверяя эти пути при своей работе в клас-
се и внося в них соответствующие коррективы. Таким образом он
сможет постепенно создать своё собственное методическое «кре-
до» и во многом способствовать дальнейшему развитию методики
физики как науки.
§ 3. Демонстрационный эксперимент.
В томе I (§ 7, 2; § 12, 6; § 15 и в методических указаниях к
программе) были подробно выяснены роль и значение демонст-
рационного эксперимента при преподавании. Поэтому здесь мы
рассмотрим только важнейшие требования, которые предъяв-
ляются к школьным демонстрационным опыта^м и оказывают влия-
ние на технику их проведения.
1) Обеспечение видимости. Очевидно, что фи-
зическое явление, показываемое преподавателем, должно быть
совершенно ясно видимым для всех без исключения учащихся, в
том числе и для сидящих в наиболее отдалённых местах класса.
14
§3
Таким образом, первым основным требованием к физическо-
му демонстрационному эксперименту служит обеспече-
ние видимости явления и притом со всеми подлежащи-
ми изучению деталями процесса. Демонстрационный эксперимент,
как бы он ни был совершенен в других отношениях, не выдержи-
вает никакой критики, если учащиеся не столько видят демон-
стрируемое явление, сколько догадываются о нём, на основании
объяснений преподавателя. Молодой начинающий педагог вряд
ли недооценивает значение видимости; однако ему свойственно
заблуждение, благодаря которому ему кажется, что это явление
хорошо видят все учащиеся, если он сам его отчётливо видит.
Недаром опытный педагог, заранее обеспечив должную види-
мость, всё же проверяет её, обращаясь к отдельным учащимся с
предложением описать увиденное ими явление; это делается не толь-
ко с тем, чтобы узнать, как оно воспринято, но для выяснения
видимости явления. В некоторых случаях недостаточно ограничи-
ваться обеспечением видимости демонстрируемого явления; на-
до того же достигнуть в отношении всей установки опыта в целом,
когда рассматривается вопрос о средствах получения данного
явления и изучается применяемая аппаратура. Иногда обеспе-
чение видимости достигается сравнительно простыми средствами
и способами; в других же случаях представляет собой трудно раз-
решимую, а то и вовсе ещё не решённую задачу. Вопрос об обес-
печении видимости демонстраций ставится во главу угла настоя-
щего руководства и подробно рассматривается в дальнейшем
(§ П).
2) Упрощенные прибо ры. Второе основное мето-
дическое требование, предъявляемое к демонстрационному экс-
перименту, заключается в достижении нужного результата воз-
можно более простыми способами и средствами', важно, чтобы
преподавателю приходилось затрачивать наименьшее количест-
во времени на выяснение учащимся устройства аппаратуры и
процесса получения данного физического явления. При этом на-
до руководствоваться тем обязательным условием, чтобы каче-
ство демонстрируемого явления отнюдь не оказалось сниженным
за счёт допущенных упрощений в аппаратуре. В тех случаях,
когда имеется возможность вовсе обойтись без специальных при-
боров, следует прибегать именно к такому способу. Правильный
подбор аппаратуры может быть достигнут преподавателем после
изучения ряда вариантов демонстрации по данному вопросу,
на которые указывает методика эксперимента. Действительно,
каждое физическое явление может быть продемонстрировано нес-
колькими способами с самой разнообразной аппаратурой. Поэ-
тому перед постановкой опыта необходимо изучить эти спо-
собы с тем, чтобы выбрать из них такой вариант, который
прежде всего соответствует методической установке и в то же вре-
мя осуществляется с помощью наиболее упрощенных при-
§ 3 15
боров. Так, например, демонстрацию на закон Архимеда можно
произвести многими способами, в том числе так, как это описано
в § 29. В одном из вариантов применяются технические весы и
прибор, называемый ведёрком Архимеда (рис. 181); в другом—
весы Беранже и отливной стакан (рис. 182) и в третьем—дина-
мометр и ведёрко (рис. 183). Наилучшим в методическом отноше-
нии из этих вариантов является третий; при этом не столько по-
тому, что он обеспечивает хорошую видимость, сколько по той
причине, что объяснение устройства и действия прибора требует
минимального времени и без труда восприни-
мается учащимися.
Идеальным прибором должен явиться такой, устройство и
действие которого становились бы при соответствуюгцих объясне-
ниях понятными для учащихся чуть ли не с одного взгляда.
Это методическое требование недостаточно выполняется промыш-
ленностью, выпускающей учебные пособия; только в последние
годы наблюдается благоприятный для школы сдвиг производст-
ва в этом отношении. К числу приборов, приближающихся в ка-
кой-то мере к совершенному типу, должны быть отнесены,
например: демонстрационный гальванометр (рис. ИЗ); модель водя-
ной турбины Пельтона (рис. 87); прибор для демонстрации на за-
кон Архимеда (рис. 183); модель механизма двигателя внутрен-
него сгорания (рис. 85); модель нагнетательного насоса (рис. 90);
электрометр Брауна (рис. 293); демонстрационный динамометр
(риС. 105) и др. У этих приборов сравнительно ясно видны их от-
дельные части, и нетрудно установить взаимоотношения частей
при действии прибора. Однако, таких приборов сравнительно
немного; во всяком случае их недостаточно чтобы обеспечить весь
необходимый эксперимент при прохождении курса физики.
Поэтому квалифицированный преподаватель, как правило,
широко применяет при своей работе уп рошенные прибо-
ры, отказываясь в некоторых случаях от имеющихся у него по-
купных. Естественно, что эти упрощенные приборы преподавате-
лю приходится изготавливать своими силами и средствами, по-
чему их называют также «самодельными». Однако надо иметь в
виду, что не всякий самодельный прибор является в то же время
упрощенным; в основу его конструкции не положена идея, заключа-
ющаяся в выявлении устройства и действия прибора. Методика
физики, выдвигая требование о применении приборов упрощен-
ного типа, вовсе не настаивает на том, чтобы они обязательно яв-
лялись самодельными. Следует даже как раз предостеречь от наб-
людавшейся иногда тенденции проводить курс физики чуть ли не
исключительно на самодельных приборах, отказываясь от покуп-
ных. Существовали попытки в отдельных статьях и даже в методи-
ческих руководствах рекомендовать создание целых кабинетов
из бросового материала, но такая точка зрения не выдерживает
критики и представляет собой один из видов методических извра-
16
§3
щений. Кстати заметим, что такие руководства в целом заслужи-
вают внимания, так как могут и должны быть использованы в тех
случаях, когда преподавателю необходимо показать явление, а
нужных приборов в кабинете нет. Чтобы выяснить преимущества
упрощенного прибора, сравним демонстрацию «расширения твёр-
дых тел от нагревания» при помощи пирометра (рис. 256) и пу-
тём простейших приёмов, показанных на рисунке 251 (§ 36, 2).
Несмотря на то, что стрелка пирометра даёт отклонение на боль-
ший угол, всё же следует предпочесть упрощенный прибор. Дей-
ствительно, для обнаружения удлинения в пирометре применена
система двойного рычага, требующая длительных объяснений,
совсехМ не простых для ученика 6 класса, в то время в упро-
щенном приборе действие рычага почти не нуждается в по-
яснении.
В качестве примеров упрошенных приборов, заслуживающих
особого внимания, можно провести следующие опыты: подъём
человека «дуновением» (рис. 190); кипение воды под уменьшенным
давлением (рис. 285); зависимость выталкивающей силы от объ-
ёма тела и вещества жидкости (рис. 180); капиллярное поднятие
воды между стёклами (рис. 227) и многие другие. На рисунках
1 —2 показаны применения некоторых особенно упрощенных
приборов, не требующих никаких ремесленных навыков для сво-
Рис. 1. Использование предметов обихода (стул, щётка, бутылка) для
демонстрации действия электрической силы.
S3
17
Рис. 2. Использование табуретки и полотенца для демонстрации
инерции покоя.
его изготовления: обнаружение электрической силы с помощью
половой щётки (рис. 1); инерция покоя, демонстрируемая посред-
ством полотенца и стула (рис. 2). Упрощенные приборы, нуждаю-
щиеся в предварительном изготовлении, изображены на рисун-
Железо
МедЬ
Рис. 3. Упрощенный прибор для
сравнения теплопроводности железа
и меди.
При нагревании соответствующие
восковые шарики отпадают на мед-
ном стержне много раньше, чем на
железном.
2 Е. Н. Горячкин
18
§3
ках 3—6: прибор для сравнения теплопроводности железа и ме-
ди по отпаданию восковых шариков (рис. 3); жестяная полоска
для изучения отражения от плоских и цилиндрических зеркал
(рис. 4); применение картофеля для опытов и в приборах
(рис. 5); прибор для наблюдения движения проводника в магнитном
поле (рис. 376); модель паровой турбины (рис. 6).
Рис. 4. Опыты с полоской из жести для
наблюдения отражения лучей от зеркал.
На полоску нанесены чёрным лаком полосы.
Полоску освещают параллельными лучами.
1 — Отражение от плоского зеркала. II — От-
ражение от цилиндрического выпуклого зер-
кала. III — Отражение от вогнутого зеркала.
В описанных далее работах
приведено достаточное количест-
во примеров рационального при-
менения упрощенных приборов.
3) Кратковременность.
Так как в педагогическом про-
цессе буквально дорога каж-
дая минута, то при проведении
опытов надо стремиться к тому, чтобы они занимали наимень-
шее время; однако это не должно идти в ущерб качеству показывае-
мого явления и тому времени, которое необходимо для восприятия
самого явления. Таким образом, здесь речь идёт не о снижении
времени демонстрации как таковой, т. е. времени наблюдения
самого явления, а о необходимости сократить до минимальной
величины время подготовки опыта. Так, например, из вышепри-
ведённых демонстраций на закон Архимеда следует предпочте-
ние отдать третьему варианту с динамометром, так как этот ва-
риант для проведения всего опыта в целом требует наименьшего
времени (рис. 45).
Рис. 5. Рациональное применение картофеля для некоторых
демонстраций и домашних опытов по физике.
1 — Картофельный пистолет. /7—Модель пространственной решётки.
Ill — Кубической сантиметр. IV — Тело для работ на закон Архимеда.
V — Ареометр. VI — Обнаружение выталкивающей силы. VII — Плава-
ние на границе двух жидкостей. VIII — Полюсоискатель.
2*
20
§3
Рис. 6. Модель активной паровой
турбины из консервной банки.
тановка опыта в его целом,
4) Выразительность и эмоциональность.
Опыт можно считать выразительным тогда, когда из него легко
становится ясным самое существо явления или та или другая по-
дробность, которая является в данное время предметом изучения.
У неопытного преподавателя, не учитывающего психологиче-
ские особенности учащихся семилетки и степень их развития, не-
редки такие демонстрации, при
которых ученики «из-за деревьев
не видят леса». Так, например,
если демонстрации на закон
Архимеда показать с весами Бе-
ранже, то цель ознакомления с за-
коном не будет достигнута (рис.
182): установка настолько сложна
и требует стольких предваритель-
ных объяснений, что выявление
основного вопроса покажется весь-
ма трудным и длительным делом.
Демонстрируемые опыты долж-
ны быть также достаточно эмо-
циональны для возбуждения того
чувства «удивления», впечатления
«необычности», о которых говорит
в «Основах общей психологии»
проф. Рубинштейн и кото-
рые нужны для возникновения
«проблемной ситуации» (см. т. I,
§ 12, 6). Обычно, чем проще ус-
чем выразительнее сам опыт, тем
большей эмоциональностью обладает демонстрация.
5) Демонстрационный эксперимент должен удовлетворять
требованиям техники безопасности, о чём — см.
в § 5. Преподаватель при проведении опытов самым строжайшим
образом обязан соблюдать правила лабораторной культуры,
что является необходимейшим условием для воспитательных
целей (§ 4).
В итоге из всего сказанного здесь и в §§ 1—2 вытекает следую-
щее правило.
Приступая к постановке демонстрации, прежде всего необ-
ходимо совершенно точно установить цели опыта, т. е. выяснить,
как данное воспроизводимое явление должно и может быть ис-
пользовано в педагогическом процессе. Дальнейшая подгото-
вительная работа сводится к изучению по соответствующим по-
собиям по методике и технике эксперимента различных вариан-
тов опыта. Тот вариант, который удовлетворяет в наибольшей ме-
ре поставленной цели и указанным выше требованиям к демонст-
рациям, т. е. нуждается в наиболее простой аппаратуре и, кроме
§ 4
21
того, обеспечивает необходимые видимость и «кратковременность»,
может быть принят за основу. Выбранный вариант подвергается
всесторонней критической оценке, в том числе со стороны его вы-
разительности и эмоциональности; в процессе практической под-
готовки опыт может испытать те или иные изменения, прежде
чем получит своё окончательное оформление. Казалось бы, что
повторив подготовленный опыт на том самом месте, где он будет
демонстрироваться при таких же условиях освещения и т. п., и
удостоверившись, что видимость и другие качества обеспечены,
можно было бы закончить на этом подготовку. Однако это далеко
не так, потому что наиболее правильным критерием для оценки
демонстрации в методическом отношении является проверка её
в процессе урока, показывающая, как опыт воспринят учащими-
ся и в какой мере он удовлетворил поставленным целям, т. е.
или послужил базой для обобщений, или же выполнил свою ил-
люстративную роль.
§ 4. О лабораторной культуре.
Перед преподавателем физики, как и каждым педагогом, сто-
ят задачи не только обучения своему предмету, но и не менее
важные —. воспитательные. Оставляя в стороне вопрос о значе-
нии курса физики в воспитательном отношении вообще, остано-
вимся на одном вопросе: о воспитании в учащихся лабораторной
культуры.
Основным условием для успеха работы в этом направлении
являются: 1) содержание преподавателем физического кабинета
и в частности коллекции приборов в образцовом порядке; 2) бе-
режное отношение к сохранению социалистической собствен-
ности и 3) неукоснительное выполнение самим преподавателем
основных правил лабораторной культуры. Если кабинет нахо-
дится в беспорядке, приборы хранятся кое-где и кое-как и к
тому же ещё в неисправном состоянии, если вообще отсутствует
некоторый культ чистоты и порядка, если сам преподаватель
неряшливо ведёт производство опытов и небрежно выполняет
элементарные требования лабораторной культуры, то ни о каком
воспитании учащихся, конечно, не может быть и речи. Основные
требования лабораторной культуры, помимо содержания ка-
бинета в образцовом порядке, сводятся к следующим положе-
ниям:
1) Опрятность. Как демонстрационный стол, так и при-
боры, применяемые для опытов, должны быть совершенно чисты-
ми от пыли, а тем более от грязи. Недопустимо пользование не-
достаточно хорошо промытой стеклянной посудой, мутными непро-
фильтрованными растворами и т. п. Чем чаще преподаватель
станет применять полотенце для пыли, тем лучше. Отдельные
приборы должны с внешней стороны иметь опрятный вид. Поэ-
22
тому приходится время от времени удалять с приборов пыль, чис-
тить мелом никелированные части и промывать стеклянные, под-
крашивать различные детали при порче на них краски. При
изготовлении упрощенных приборов надо позаботиться об их
опрятном виде, из какого бы простого материала они ни были
сделаны.
Учащиеся должны на каждом шагу воочию убеждаться,
что содержание физических приборов в безукоризненной чисто-
те — такая же необходимость, как подобное же отношение к по-
суде, одежде и другим предметам в бытовых условиях.
2) Каждая установка опыта в его целом должна являться
образцом строгого порядка, что прежде всего сказывает-
ся в расположении приборов на демонстрационном или лаборатор-
ном столе. В частности, недопустимо применение в качестве под-
ставок и подкладок случайных предметов (книг, кирпичей, ящи-
ков от стола и т. п.); в надлежащих случаях необходимо пользо-
ваться специально на то предназначенными приспособлениями
и приборами (§ 12, 1—6, рис. 48). При сборке электрических
установок недопустимо хаотическое расположение проводов. При
этом для соединений должны применяться специальные гибкие
провода, сделанные, например, из расплетённого шнура от элек-
трического освещения и снабжённые па концах вилочками
(рис. 289).
3) Проливание на демонстрационный или лаборатор-
ный стол воды, а тем более растворов кислот и других хими-
калиев — проступок со стороны работающего с ними. Особенно
крупным будет этот проступок в случае пролитой рту-
ти. Действительно, ртуть является не только дефицитным и до-
рогим продуктом, но и ядовитым, так как из щелей и углублений,
куда она затечёт, она станет долгое время давать вредные для
здоровья пары. Поэтому при всех работах с жидкостями, а тем
более со ртутью необходимо употребление кювет или подносов,
куда следует помещать прибор (рис. 203 и 315).
4) Некоторые физические приборы требуют соблюдения опре-
делённых правил при переноске и установке их, а тем более
при пользовании ими. Эти правила изложены при описании
соответствующих приборов (§ 15, 5 и 6; § 17, 2). Особенно важно
соблюдение строго определённых навыков и неукоснительное вы-
полнение правил при различного рода измерениях. Преподава-
телю, хотя бы один раз допустившему на глазах у учащихся
нарушения этих правил, никогда не добиться выполнения их уча-
щимися при лабораторных занятиях. Совершенно недостаточно по-
ставить в известность учащихся об этих правилах; преподавателю
необходимо в течение всего курса физики прививать определённые
культурные навыки обращения с физическими приборами, само-
му являясь при этом образцовым примером.
S °, i-з
23
§ 5. О технике безопасности.
Преподаватель отвечает за все несчастные случаи, которые
могут произойти с учащимися во время занятий физикой. На
нём же лежит ответственность за всякую порчу имущества ка-
бинета. Преподаватель обязан знать основные правила безопас-
ности и не только сам соблюдать их, но и следить за выполнением
учащимися этих правил. К числу вопросов техники безопасности
относятся:
1. Пожарная опасность от горелок (керосинки, спиртовки)
возникает при неправильном пользовании и уходе за ними (§ 18,
2—6). Вполне возможно возгорание жидкого топлива со всеми
вытекающими отсюда последствиями. Разлитый горящий керо-
син ни в коем случае нельзя гасить водой и применять огнетуши-
тель обычного типа. Поэтому в кабинете необходимо иметь пен-
ный огнетушитель и шерстяное одеяло; последнее нужно для
накидывания на горящую жидкость. Полезно также хранить на
видном месте ведро с песком.
2. Пожарная опасность от электрического тока возможна при
неисправном состоянии предохранителей, заменяемых обычно
жилками от проводов. При перегрузке проводов, т. е. пропуска-
нии по ним тока выше предельного, возникает перенагревание
их и разрушение резиновой изоляции, превращающейся в хруп-
кую растрескивающуюся массу. Разрушение изоляции рано или
поздно приведёт к коротким замыканиям, которые при неисправ-
ности предохранителей вызовут возгорание проводов. В случаях
такого несчастья первым делом необходимо выключить ток и за-
тем тушить загоревшуюся изоляцию. Иногда происходит воз-
горание соединительных проводов в установках, что, например,
сравнительно часто случается при питании вольтовой дуги' то-
ком (20—30 А) посредством сравнительно тонких проводов (0,75—
1,5 мм2). Сигналом о перенагревании проводов служит лёгкий
запах нагретой резины. При появлении запаха преподаватель
должен тотчас же выключить ток, найти участок, где происхо-
дит перенагревание, и заменить провода более толстыми. Как
правило, преподаватель не должен оставлять без присмотра в ка-
бинете (тем более на ночь) включённых в цепь приборов (плиток,
заряжаемых аккумуляторов и т. п.).
О нормах нагрузки проводов и предохранителях — см. Ф. Э.,
т. Ill, § 1, 2.
3. Опасность электрического тока для человека возможна не-
посредственно не только При напряжении в 220 V, но и в 120 V.
Как правило, все открытые токопроводящие части должны быть
снабжены соответствующими ограждениями: кожухи на рубиль-
никах (рис. 7,1), реостатах и пластинчатых предохранителях
(рис. 7,11); изолирующая оболочка на клеммах. Рубильник, вы-
ключающий ток во всей лаборатории, следует располагать в не-
24
§ 5, 4-5
доступном для учащихся месте, например в препаровочной, и
включать ток только на то время, когда он действительно нужен.
Для работ учащихся с током освещения его желательно транс-
формировать до напряжения 12 V—20 V. Нельзя прибегать для
определения, имеется ли в цепи ток, к способу, заключающемуся
в прикосновении пальцами к проводам. Определение на ощупь —
лихачество, которое может привести к тяжёлым поражениям че-
ловека током. Следует учесть особую опасность электрического то-
ка при прикосновении к одному из проводов осветительной сети,
если человек стоит на мокром полу или касается в это время труб
водопровода или отопления.
Рис. 7. Ограждение на распределительном щитке
токопроводящих частей.
4. Отравления осветительным газом и окисью углерода
возникают: первое — при неисправности труб (§ 7, 3) и второе —
при неправильном горении газовых горелок (§ 18, 2). При появ-
лении запаха газа в классе учащихся надо удалить, открыть ок-
на или форточки и закрыть кран на магистральной трубе газо-
провода.
5. «Взрывы» могут произойти при разбивании мало-
мощных (пустотных) электрических лампочек, сосудов Дьюара,
электронных ламп и других пустотных приборов, почему они и
требуют осторожного обращения с собой. Кроме того, следует
иметь в виду «взрывы» при раздавливании плоского стекла ат-
мосферным давлением (§31) и при опыте «кипение под уменьшен-
ным давлением». В последнем случае взрыв, как правило, полу-
чается при употреблении не кругло-, а плоскодонной колбы
(§ 39). При всех указанных выше «взрывах» осколки стёкол летят
внутрь сосуда и только частично разбрасываются в стороны; поэ-
тому они вызывают опасность поражения для преподавателя, а
§ 6,6-, § в, 1
25
не для учащихся. Более опасного типа взрывы могут произойти
при получении пара, если пароотводящие трубы окажутся за-
сорёнными; поэтому перед опытом всегда следует продуть трубки,
чтобы убедиться в их проходимости для пара. Наиболее же опас-
ными являются взрывы при демонстрации горения водорода, к
которому по неосторожности преподавателя оказался подмешен-
ным воздух (§ 44). Наконец, надо особенно иметь в виду лёгкую
воспламеняемость бензина и эфира, пользоваться которыми в
присутствии даже сравнительно далёкого пламени безусловно
нельзя.
6. Ожоги вполне возможны, особенно при занятиях учащих-
ся в технических кружках. Ожоги вызываются не только пламе-,
нем или нагретыми телами, но также кислотами и щелочами. В
случае ожогов кислотами — применять раствор соды и при ожо-
гах щелочами — слабый раствор уксусной эссенции или, что то
же, уксусной кислоты.
При физическом кабинете необходимо иметь и бережно хра-
нить на видном месте маленькую аптечку, содержащую два-
три индивидуальных пакета, бинты для перевязок, гигроскопи-
ческую вату, жёлтую мазь от ожогов, 20—30 см3 иодной настой-
ки, 1 л раствора соды и 300—500 см3 слабого раствора уксусной
эссенции. Чем реже в практике преподавателя окажется исполь-
зованной аптечка, тем лучше, но отсутствие её может заставить
его впоследствии горько раскаиваться в своей непредусмотри-
тельности.
Глава вторая,
ОБОРУДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО КАБИНЕТА.
§ 6. Помещение и мебель.
1. Состав физического кабинета. Состояние физического ка-
бинета является одним из определяющих условий для правиль-
ной постановки преподавания физики в данной школе, так как
без экспериментальной базы проведение курса физики немысли-
мо для современного советского педагога. Не только при полном
отсутствии кабинета, но и при его неудовлетворительном состоя-
нии нельзя показать должного количества опытов, провести нуж-
ные лабораторные работы, организовать внеклассные занятия;
отсутствие всего этого приводит к возврату отжившего «клас-
сического курса меловой физики», к господству голого формализ-
ма и сплошной догмы. Создание кабинета, если он отсутствовал,
или его усовершенствование, когда он имеется, — первоочеред-
ная задача каждого советского педагога-физика, руководящего-
ся «духом и смыслом, а не буквой» требований, формулируемых
программой.
26
£ 2
При организации кабинета надо твёрдо помнить, что ни по-
становка достаточного количества демонстраций, ни систематиче-
ское проведение лабораторных работ, ни правильная организа-
ция внеклассных занятий по физике, ни нормальное развитие и
усовершенствование кабинета невозможны, если для кабинета
отведено помещение, состоящее всего-навсего лишь из одной ком-
наты — обычного класса. Это тем более важно, что в последнее
время в некоторых школах-семилетках физический кабинет ис-
пользуется для занятий биологией и химией. Действительно,
совмещение в одном помещении хранилища приборов и лабора-
тории-класса прежде всего приведёт к значительному уменьше-
нию полезной площади, и без того небольшой по своей величи-
не. Кроме того, при хранении приборов в классе невозможно
пользование ими для предварительной подготовки эксперимен-
тов, когда в классе идут занятия. Мало того, преподаватель для
подготовки опытов к очередным урокам должен располагать спе-
циальным местом с тем, чтобы оттуда переносить на демонстра-
ционный стол во время немногих минут перемены подготовлен-
ную аппаратуру, а то и целые установки. Ясно, что такое место
выделить в классе-лаборатории, уже перегружённой хранили-
щем, нет возможности; организовать же демонстрацию, доста-
вая одновременно приборы из шкапов, далеко не всегда удаётся,
как ни был бы педагог опытен в области эксперимента. Нако-
нец, без наличия, хотя бы примитивно оборудованной, мастер-
ской нет возможности не только изготавливать, нои ремонтировать
испортившиеся приборы.
Уже одни эти, далеко неполные, соображения определяют
безусловную необходимость для физического кабинета распола-
гать двумя смежными помещениями. Одно из них, большее по пло-
щади, будет служить местом для проведения уроков по физике,
в частности для лабораторных и внеклассных занятий. В другом,
меньшем по площади, устраивается хранилище приборов и отводят-
ся места для подготовки опытов и для мастерской, а также ста-
вится письменный стол для занятий преподавателя и шкап с кни-
гами. Это помещение должно быть соединено дверью с классом-
лабораторией.
2. План кабинета. Планы размещения в кабинете могут быть
различными в зависимости от величины и формы площади. На
рисунке 8 изображён план типичного размещения, который дол-
жен быть принят за основу, но может быть изменён в зависимо-
сти от условий. В лаборатории-классе устраивается эстрада
для помещения на ней демонстрационного стола, расположенно-
го на расстоянии примерно 90—100 см от стены с классной доской
(§ 6, 5; рис. 12). Столы для учащихся ставят в два ряда так, что-
бы ширина проходов между ними была равна: у центрального —
около 1 м и боковых — около 60 см. Если считать но 4 места на
каждый стол, то при десяти столах вместимость лаборатории
£ в, 3
27
достигнет 40 учащихся. Стол для демонстрационного фонаря хра-
нят на месте, показанном на плане пунктиром, и устанавливают
при демонстрациях в среднем проходе. Но при такой установке
фонарь в некоторой мере заслоняет демонстрационный стол, по-
чему проектирование иногда рекомендуют вести на экран, распо-
ложенный сбоку, и убирать
один из столрв первого ряда,
освобождая тем самым место
для проектора (рис., 12).
В препаровочной комнате
мебель может быть располо-
жена так, как указано на пла-
не рисунка 8. Шкапы ставят по
стенам, оставляя лишь место
для верстаков — слесарного и
столярного. Стол для подго-
товки демонстраций может быть
помещён посередине комнаты;
однако, рациональнее поста-
вить его тоже к стене, а на
середине расположить шкап в
виде двухсторонней витрины.
Само собой разумеется, что нет
никакой возможности указать
совершенно точно размещение
мебели и рабочих мест в пре-
паровочной, поскольку в пла-
нах школ нет единообразия,
и до сего времени ещё не раз-
работан стандарт оборудования
мебелью физических кабинетов.
План размещения — дело пре-
подавателя; допущенные в пла-
Ш к а п ы
Стол
Эксперим.стол у
Рабоч стол
Рабоч.стол
Рабоч стол
Рабоч. стол
Рабоч. стол
Шк
Рабоч. стол
Рабоч стол
Рабоч. стол
а п ы
I
не погрешности выяснятся в
процессе работы, и их нетрудно
будет исправить соответству-
Рис. 8. План размещения в физиче-
ском кабинете.
ющей перестановкой.
3. Шкапы для хранения приборов и материалов. Из много-
численных типов пристенных шкапов для физических приборов
заслуживает наибольшего внимания, показанный на рисунке 9, I.
Верхние дверки у него ,застеклены, что ведёт к некоторому
упрощению по отысканию нужных приборов, нижние — сделаны
глухими. Нижняя половина шкапа делается глубиной около 60—
70 см, верхняя на 15—20 см уже. В нижней половине обычно уст-
раивают одну полку, в верхней — две или три полки. Для мел-
ких вещей полезно устроить между основными полками по од-
ной узкой, располагая её у стенки. В крайнем случае могут быть
28
§0,4
Рис. 9, I. Шкап для приборов.
использованы «стандарт-
ные» канцелярские и бы-
товые шкапы (рис. 9, II).
Для помещения среди
комнаты должен быть ре-
комендован шкап в виде
двухсторонней витрины
(рис. 10). Для посуды
и материалов желателен
шкап, по внешнему виду
подобный шкапам для при-
боров, но менее глубокий
и в верхней половине
разделённый на ячейки, а
в нижней — снабжённый
многочисленными ящика-
ми самого разнообразного
размера. Такой шкап по-
Рис. 9, II. Бытовые шкапы, используемые для хранения
приборов.
зволит содержать в большом порядке как посуду, так и много-
численные мелкие приборы и материалы. Лучшим шкапом для
хранения книг является шведско-американский.
4. Столы. Стол для подготовки эксперимента в отличие от
обычных должен быть более тяжёлым и устойчивым, а также
иметь прочную крышку, собранную из досок толщиной в 4—5 см.
Крышку стола весьма желательно, во избежание её порчи от слу-
29
Рис. 10. Шкап-витрина для
приборов.
чайно пролитой воды, обить или оклеить сверху линолеумом.
Размеры стола зависят от помещения и планировки в нём и мо-
гут быть легко определены самим учителем, в зависимости от ус-
ловий. В препаровочном столе желательно устроить несколько
ящиков. Столы для учащйхся большей частью делают длиной до
200—220 см при ширине в 60—65 см (рис. 11). Для поддержания по-
рядка в расположении рекомендуется эти столы закрепить на полу
посредством ’ небольших
планок. Тогда столы в слу-
чае надобности можно под-
нять вверх и освободить
их, но без этого сдвинуть в
сторону нельзя. В каче-
стве сидений для уча-
щихся желательны табу-
ретки, которые при неко-
торых лабораторных ра-
ботах легко убирать под
столы.
5. Оборудование места
для проведения демонстра-
ций. Так как при прохож-
дении курса физики в
школе проведение соответ-
ствующих опытов имеет
существенное значение, то организация места для демонстраций
служит необходимейшим условием для правильной постановки
преподавания. Действительно, одной из основных задач пре-
подавателя является создание таких условий при проведении
опытов, чтобы демонстрируемые им физические явления ока-
зались со всей • отчётливостью видимыми из любого места
класса, что представляет из себя далеко не простую задачу.
Обеспечение видимости, которое ставится во главу угла при про-
ведении демонстраций, предъявляет жёсткие требования к тому
месту, с которого проводятся демонстрации. Преподавателю раз
навсегда надо создать такие удобства при проведении опытов,
чтобы на все необходимые виды подсобных работ (включение то-
ка, получение нужного затемнения или дополнительного освеще-
ния, наливание воды, пуск в ход проекционных установок и пр.)
тратилось минимальное количество времени. На это обстоятель-
ство начинающий преподаватель обращает обыкновенно мало
внимания, что ведёт к непроизводительным потерям времени и
к понижению качества демонстраций.
Оборудование места для демонстраций составляет первооче-
редную задачу преподавателя и со всей настойчивостью должно
быть им осуществлено, если не в самом начале организации каби-
нета, то в течение ближайшего года своей работы. На рисунке
30
§ 5
Рис. И. Установка шкапа с приборами у задней стены класса.
12 показано нормальное (но далеко не идеальное!) оборудова-
ние места для демонстраций. На эстраде, или помосте, располо-
жен специально приспособленный демонстрационный стол. Сза-
ди стола на стене помещены со стороны окна распределительный
щит электрического тока, посередине — классная доска, спра-
ва — над дверью, ведущей в препаровочную, спускной экран А
для проектирования фильмов, диапозитивов, опытов и т. п. Про-
Рис. 12. Эстрада, демонстрационный стол и другие установки при образцо-
вом оборудовании класса.
§6, 6
31
тив этого экрана устанавливается стол проекционного фонаря.
Второй спускной экран помещается в свёрнутом виде с левой сто-
роны над классной доской и используется для теневого проекти-
рования и иных целей. Справа от доски установлены выключа-
тели, позволяющие выключать и включать освещение лаборато-
рии. Оснащение демонстрационного стола составляют: раковина
с подведённой к ней водой, краны светильного газа и клеммы 1и2
для включения'электрического тока, о чём см. раздел 6.
6. Демонстрационный стол. Так как пол в лаборатории пред-
ставляет собою горизонтальную плоскость, то для обеспечения
видимости необходимо, чтобы демонстрируемые приборы оказы-
вались расположенными на должной высоте и чтобы все учащиеся
могли видеть их со своего места, не только не вставая, а и не откло-
Рис. 13. Демонстрационный стол.
няясь в сторону от своего нормального положения. С этой целью
демонстрационный стол располагают на специально сделанном
помосте (или эстраде) высотой в 30—40 см, снабжённым ступень-
ками справа и слева от стола. Сам демонстрационный стол делает-
ся выше обычных столов примерно на 15—20 см, отчасти с указан-
ной выше целью, но главным образом для большего удобства в
работе экспериментатора (рис. 13). Длина крышки стола берёт-
ся равной 2 м, ширина 60—70 см. Крышку стола надо обить свер-
ху линолеумом, не портящимся от воды; такую поверхность очень
легко содержать в надлежащей чистоте. Для линолеума наибо-
лее желательным является чёрный цвет.
В демонстрационном столе необходимо сделать несколько вы-,
двпжных ящиков и под ними три-четыре пары дверец, ведущих в
шкапчики. В ящиках преподаватель хранит: в одном — набор
инструментов (пассатижи, отвёртки, молоток, нож, ножницы и
т. п.), требующихся постоянно при проведении опытов; в другом —
набор лапок и колец для• штативов, сетки для нагревателей и
т.п.; в третьем — соединительные электрические провода. Четвёр-
тый ящик используется преподавателем для всякого рода мелочей
и частей приборов, предназначенных для очередных демонстра-
ций. Шкапчики в демонстрационном столе служат для хранения
подсобных приборов, постоянно требующихся для проведения опы-
32
$ в, Г
Рис. 14. Зажимы для подвешива-
ния стенных таблиц.
Наилучшей является доска из
тов. К числу таких приборов относятся два-три штатива (рис. 50),
всякого рода подставки (рис. 48), подъёмные столики (рис. 53),
осветители (рис. 58), просвечивающий экран (рис. 57) и т. п.
(§ 12, 1—7). Все ящики и шкапчики необходимо снабдить зам-
ками и держать их запертыми. Если в помещение лаборатории
введён газ, то установку по крайней мере одного двойного крана
надо сделать именно на демонстрационном столе, а не на стене,
как это нередко делается. На стороне стола, противоположной
окнам, устанавливается канализационная раковина с подведением
к ней воды от водопровода (§ 7, 2). Рационально, примерно в
середине стола,устроить потай-
ной слив для удаления сточной
воды при опытах. Крайне жела-
тельно на столе, примерно па се-
редине и сбоку, установить мра-
морные или шиферные дощечки
с клеммами, служащими для
включения тока к приборам.
На потолке над демонстраци-
онным столом полезно прочно
укрепить деревянную рейку
шириной в 5—6 см, служащую
для помещения на ней блоков,
ушков, крючков и т. п.
7. Классная доска. Клас-
сную доску делают достаточно
крупных размеров (примерно
2,5 мх 1 м) и располагают её
сзади демонстрационного стола,
чёрного или жёлтого линолеума,
дающая много меньше отсветов, чем обычная крашеная. Доску
снабжают деревянной окантовывающей рамой, с полочкой для
мела внизу1). На верхней части рамы укрепляют специальные
зажимы для подвешивания таблиц. Изготовление зажимов из
полосок металла и автомобильных шариков не представляет за-
труднений (рис. 14,1). В крайнем случае в качестве таких за-
.жимов могут быть использованы обычные клямеры, применяе-
мые в быту для укрепления белья на верёвке во избежание
сбрасывания его ветром (рис. 14,11). Справа подвешивается
ящичек для хранения мела и крючок для специального поло-
тенца (а не тряпки!), предназначенного для стирания мела с
доски.
8. Экран. Наиболее удобным для пользования в лаборатории-
классе является спускной экран, применяемый для киноперед-
г) Для упрощения выполнения рисунков доску следует разделить на
клетки, прочерчивая линии на линолеуме острым шилом (см. т. IV).
§ 6, 9
33
вижки (рис. 15). Такой экран помещается в узком деревянном
ящике, снабжённом на одной из своих сторон крышкой. Экран на-
мотан на деревянный вал А, имеющий на одном конце ролик В.
Рис. 15. Киноэкран и устройство его спускного
механизма.
Для пользования экраном ящик подвешивают на стене и, открыв
крышку, вытягивают экран вниз за рейку Е. При этом экран/), сма-
тываясь с вала, приведёт его во вращение, благодаря чему шну-
рок С станет наматываться на
ролик В. Если теперь, потянув
за шнурок, привести во враще-
ние вал, то экран окажется на-
мотанным и спрятанным в ящик.
За отсутствием спускного экра-
на можно применять обыкно-
венный подвесной, но он менее
удобен и, конечно, не годится
при указанном на рисунке 12
положении двери. Для такого
экрана делают деревянную раму
и обтягивают её белым колен-
кором или полотном (рис. 16).
Для придания раме жёсткости
необходимо набить угольники
А из клеёной фанеры.
9. Стол для проекционного
фонаря. На рисунке 17, I дан
вид наиболее простого, но в то
же время достаточно удобного
стола для проекционного фонаря. Крышку стола следует укрепить
к подстолью не наглухо, а на двух петлях, чтобы можно было из-
менять её наклон и благодаря этому получать изображение диапо-
зитивов на различной высоте. Крышку в том или ином наклонном
положении закрепляют с помощью клиньев, вкладываемых спе-
3 Е. Н. Горячкин
34
§ в, 9
реди между нею и подстольем. Более удобно для этой цели восполь-
зоваться одним А или двумя деревянными винтами от столярных
струбцинок; тогда наклон крышки легко- изменять вращением
этих винтов. Полка в подстолье служит для помещения диапо-
Рис. 17. Столы для проекционного фонаря.
зитивов и разного рода приспособлений, а также приборов, ис-
пользуемых при проектировании. На рисунке 17,11 показан ме-
нее удобный, чем описанный, стол для проекционного фонаря,
обычно применяемый в школах. Рекомендуем у такого стола -кры-
шку сделать подъёмной.
Наверху подстолья на дощечке (рис. 18) полезно установить
штепсельную розетку А со шнуром С и вилкой для подведения
тока от сети освещения. В эту розетку включается шнур от про-
Рис? 18. Схема электрооборудования проекционного стола
(розетка на 120 V и трансформатор 120 V/12 V).
екционного фонаря. В том случае, когда один из проекционных
фонарей имеет источником света лампу в 12 V, то трансформатор
120/12 V рекомендуется наглухо закрепить вверху подстолья,
снабдив его распределительной дощечкой D (рис. 76). Штепсель-
ные гнёзда на этой дощечке служат для включения проекцион-
ного фонаря и позволяют получать различные напряжения в 10,
12 и 14 V в зависимости от положения вилки. Трансформатор
для подведения к нему тока в свою очередь снабжается коротким
шнуром с вилкой В для включения в розетку А.
§ 7, 1-2
35
Для включения шнура С от проекционного стола на стене,
возможно ближе к столу, устанавливают штепсельную розетку;
не исключена также возможность присоединения к клеммам на
демонстрационном столе.
§ 7. Специальное оборудование физического кабинета
и лаборатории.
1. Виды специального оборудования. Под специальным обо-
рудованием физического кабинета и лаборатории подразумева-
ются различные стационарные устройства, предназначенные
специально для обслуживания демонстрационных опытов и лабора-
торных работ. К числу специальных видов оборудования отно-
сятся: водопровод; канализация; газ, если, конечно, последний
имеется в городе; освещение; затемнение; ввод электрического то-
ка с установкой. преобразователя и распределительных щитов с
разводкой тока по лаборатории. Отсутствие этих устройств са-
мым усложняющим образом сказывается при подготовке и прове-
дении большинства экспериментов и заставляет преподавателя
терять много времени совершенно непроизводительно. Поэтому
преподаватель должен, если не сразу при организации кабине-
та, то в течение ближайших двух-трёх лет добиться осуществле-
ния специального оборудования.
2. Водопровод и канализация. Доказывать совершенную необ-
ходимость в кабинете физики устройства водопровода и установ-
ки сточных канализационных раковин не приходится. При вы-
боре помещения для кабинета нужно учитывать расположение водо-
проводных и канализационных труб, чтобы иметь возможность
к ним присоединиться. В кабинете, как минимум, устанавливают
две сливные раковины с поддрдкой к ним водопровода: одну — в
лаборатории и другую — в препаровочной (рис. 8). Наибольшие
удобства создаются при установке раковины на боковой стороне
демонстрационного стола, что вполне осуществимо при наличии
эстрады, под которую укладываются трубы (рис. 12). Раковину
в этом случае располагают со стороны стола, противоположной
окну, чтобы при пользовании ею не отбрасывать тени на стол при
проведении на нём демонстраций. Обычно же раковину распола-
гают на стене, что менее удобно (рис. 19). Фаянсовые раковины
для установки не годятся, так как сравнительно легко бьются;
наилучшими являются чугунные эмалированные с плоским дном,
называемые иногда «мойками». Над каждой раковиной уста-
навливают два или три водопроводных крана, один (два) — на
обычной высоте, другой — выше его, примерно, на 40—50 см
(рис. 19). При этом желательно верхний кран взять специаль-
ного типа с наконечником для надевания резиновой трубки.
Этот кран служит в основном для водоструйного воздушного насоса
(рис. 205). На трубе, подводящей воду к раковине расположен-
3*
36
$ 7, 1^2
ной в классе, необходима установка вентиля для выключения
воды.
Крайне желательно от канализационной трубы раковины
взять ответвление, подходящее к потайному сливу, расположен-
ному внутри демонстрационного стола. Этот слив делается в ви-
де воронки (d = 25—30 см) и закрывается сверху круглой крыш-
кой, сделанной так, чтобы она не выступала над поверхностью
стола (рис. 13). Такое устройство сильно упростит в некоторых
Рис. 19. Установка водоструйного
насоса.
А —водопроводный кран: С —сливной па-
трубок насоса с надетой на него тряпкой,
предохраняющей от разбрызгивания во-
ды; Е — патрубок насоса для выкачива-
ния воздуха; F — стеклянный кран; J —
склянка, предохраняющая от проникно-
вения воды в сосуд, из которого выка-
чивают воздух.
Рис. 20. Щит для просушивания
стеклянной посуды.
случаях отведение отработан-
ной воды от приборов, напри-
мер, от модели турбины Поль-
тона и др. В препаровочной над
раковиной подвешивают полоч-
ку, а также деревянный щит (60—70 см X 1 м) с деревянными
наклонными колками для просушки разлйчной посуды (рис. 20).
Здесь же уместно хранить щётки, служащие для промывания
изнутри колб и другой посуды.
Отсутствие канализации и водопровода сильно усложняет
работу в кабинете, заставляя вёдрами приносить туда воду и уно-
сить тем же способом отработанную. В случае отсутствия водо-
провода и канализации надо всё же установить раковины, в том
§ 7, 3
37
числе и потайную, и поместить под ними вёдра для сточной во-
ды. Если кабинет расположен не в самом верхнем этаже, то в по-
мещении, находящемся над лабораторией, ставят бак для воды
и отводят от него трубу с краном к раковине демонстрацион-
ного стола. Можно небольшой бак для воды установить под по-
толком в лаборатории, накачивая туда воду из ведра при помощи
насоса.
3. Проводка газа. Наличие газа даёт возможность пользо-
ваться не только мощными источниками теплоты, но и избавит
Рис. 21. Двойной кран для газовых горелок и простой предохранитель
из резиновой трубки от утечки газа при случайном открывании крана.
преподавателя от постоянной кропотливой возни с нагревате-
лями, вроде жаровен, спиртовок и примусов. Пользование газом
возможно, конечно, в том случае, когда в городе имеется газ и
его подводка сделана хотя бы к одному из соседних со школой по-
мещений. При распределении газа по лаборатории надо обеспе-
чить подводку его не только к демонстрационному столу ив пре-
паровочную, но и к каждому столу для учащихся в лаборатории.
В препаровочной достаточно иметь один двойной кран, расположен-
ный на стене около слесарного стола. Двойной кран позволяет
пользоваться одновременно двумя горелками (рис. 21). Кроме того,
посредством надетой на оба наконечника резиновой трубки
(рис. 21) легко предохранить проникновение газа в воздух
помещения при утечках в кранах или при их случайном,
38
$ 7, 4
и намеренном отвёртывании. На демонстрационном
а то
столе устанавливают два двойных крана у его переднего края
(рис. 13). Подводка газа к лабораторным столам учащихся
представляет сложную задачу, так как трубы приходится
прокладывать по полу. Прокладка труб под полом запре-
щена законом; поэтому трубы укладывают на поверхности
пола, не углубляя. Эти трубы мешают при ходьбе. Поэтому
их прокладывают так, чтобы они не оказались ни в главных про-
ходах между рядами столов, ни тем более в проходе у демонстра-
ционного стола (рис. 8). На каждом
кран. Лабораторные столы, если к
Рис. 22. Задёргивающиеся занавеси
столе ставят один двойной
ним сделана подводка газа,
совершенно необходимо
прочно закрепить на полу,
а во избежание порчи газо-
вых труб при сдвигании
столов. На магистральных
трубах, подводящих газ к
демонстрационному столу
и к лабораторным столам,
обязательно устройство
двух отдельных кранов,
выключающих эти части
газовой проводки. Газ
включают, открывая соот-
затемнения. ветствующий магистраль-
ный кран, только в том
случае, когда газ нужен для работ; всё же остальное
время газ должен быть безусловно выключен. При пользо-
вании светильным газом надо иметь в виду, что проникнове-
ние его, даже в весьма небольшом количестве, в атмосферу
вызывает отравление, выражающееся в лёгких случаях голов-
ной болью. В качестве предохранительной меры следует дер-
жать двойные краны соединёнными между собой резиновой
трубкой, как было указано выше. Необходимо обратить серьёз-
ное внимание на возможность неполного сгорания в газовых
горелках (§ 18, 2).
4. Затемнение. При отсутствии затемнения в физическом ка-
бинете совершенно невозможна постановка экспериментов по
оптике, а также проведение ряда других важных демонстраций,
требующих применения проекционных аппаратов. Поэтому уст-
ройство затемнения — одна из первоочередных работ, выполняе-
мых при организации кабинета. Самый совершенный способ за-
темнения состоит в устройстве задёргивающихся занавесей на
окнах (рис. 22). На каждое окно нужны: ламбрикен А — узкая
полоска материи, подвешенная к карнизу (шириной примерно в
40—50 см), и два занавеса В, из которых каждый по своей длине
должен быть больше высоты окна на 40—50 см и по своей ширине
§ 7, 5
39
равен примерно 2/3 ширины окна. Карнизом для занавесей служит
доска шириной около. 10—12 см, подвешенная над окном при
помощи костылей. На карнизе укрепляют два металлических
прута (d = 2—3 мм) или две тонкие трубы (рис. 23). Если поль-
зоваться одним прутом или одной трубой, то занавеси при за-
Рис. 23. Устройство механизма задёргивающихся занавесей
затемнения.
дёргивании не смогут заходить «пола за полу», и в щель
между ними станет проникать свет. На пруты надева-
ются кольца, к которым подвешиваются занавеси.
Задёргивание производится при помощи шнурков, при-
вязанных соответственным образом к кольцам СС зана-
весей и пропущенных через блоки DD, как это показано
на рисунке 23. Наиболее подходящим материалом для
занавесей затемнения является бумажное сукно, в частно- <
сти применяемое для пошивки лыжных костюмов. Чёрный
цвет для занавесей вовсе не обязателен,
лателен, так как придаёт помещению
колорит. Кроме бумажного сукна, для
кий бумажный материал, лишь бы он не
себя.
а скорее неже-
лаборатории мрачный
занавесей
пропускал
годится вся-
света сквозь .
Более дешёвым является затемнение, сделанное в виде зак-
ручивающейся на круглый деревянный брус'шторы из плотной
синей бумаги, применявшейся для затемнения в военное время.
Возможно также устройство подвешенных на петлях и открываю-
щихся ставен, но подобное устройство оказывается менее удоб-
ным, особенно при широких окнах.
5. Освещение. В физической лаборатории, в отличие от обыч-
ного класса, искусственное освещение обладает некоторыми осо-
бенностями. Прежде всего источники света должны давать воз-
можно более равномерно . рассеянный свет — во избежание
образования теней от приборов на демонстрационном столе и появ-
ления световых бликов на стеклянных и полированных металли-
ческих частях. Вторая особенность состоит в том, что демонстра-
ционный стол требует более сильного освещения, чем всё остальное
в лаборатории.
Эти требования при керосиновом освещении почти не осущест-
40
П,5
вимы, так как приходится пользоваться двумя-тремя висячими
лампами «молниями». Но и в этом случае одну из ламп надо рас-
положить перед демонстрационным столом для освещения при-
боров и заэкранировать листом жести так, чтобы её свет не падал
непосредственно в глаза учащимся и не слепил их. Применяют-
ся керосиновые висячие лампы с большими крупными отражате-
лями, окрашенными белой краской. При электрическом освеще-
нии лампы следует снабдить колпаками из молочного стекла,
дающими значительное рассеивание света. Наиболее подходящей
является арматура, называемая люцеттой (рис. 24). Чем большее
Рис. 24. Различные виды
арматуры (люцетт) электрического освещения и
их световые характеристики.
количество источников света применено для освещения, тем рав-
номернее получается освещённость и тем слабее станут тени. Поэ-
тому лучше брать для освещения большее количество люцетт о
маломощными лампами, чем две-три — с сильными. Располо-
жение выключателей для освещения лаборатории и демонстра-
ционного стола далеко не безразлично и должно быть проду-
мано при устройстве электрической проводки. Прежде всего ре-
комендуется освещение разбить на две группы: одну — с двумя
люцеттами, другую — с остальными, что позволит давать полное
или пониженное освещение при помощи двух выключателей. Вы-
ключатели для групп важно расположить на стене около демонст-
рационного стола и притом с той стороны, где помещён проек-
ционный фонарь, чтобы учителю было удобно, не покидая эст-
рады, гасить и зажигать свет при проведении демонстраций.Цепь
£ 7, 6
41
пониженного освещения желательно устроить с коридорными пе-
реключателями, расположив один из них, как указано, около
демонстрационного стола и другой — у входной двери. Тогда
свет может быть зажжён или погашен из любого из этих двух мест.
Схема включения коридорных выключателей показана на рисун-
ке 495,V. В заключение следует подчеркнуть, что правильное уст-
ройство освещения не только значительно увеличит видимость
демонстраций, а следовательно, и повысит их эффективность, но
и создаст необходимые гигиенические условия работы для уча-
Рис. 25. Мотор-генератор, установленный на железных балках, заделанных
в каменную стену.
А — мотор трёхфазного тока; В — динамомашина; D — концы проводов трёхфазниго
тока, заделанных в стену.
щихся. Из световых характеристик двух типов люцетт видно,
что первый (со сплошным колпаком из матового или молоч-
ного стекла) наиболее подходящ для освещения над столами
учащихся, а второй (открытый снизу)—над демонстрационным
столом.
6. Электрооборудование. Под электрооборудованием физиче-
ского кабинета подразумеваются электрические распределитель-
ные устройства, предназначенные для обслуживания эксперимен-
тов по электричеству и для зарядки аккумуляторов. Только в
крайнем случае возможно брать ток для тех или иных техниче-
ских целей непосредственно от проводки в помещении кабинета,
в которую включены лампы, служащие для освещения. При таком
пользовании сетью освещения свет в помещении при нагрузках
42
§7,7
станет сильно пригасать, а при случайных перегрузках и корот-
ких замыканиях будут перегорать предохранители. При неисп-
равности последних вполне возможно возгорание проводов и
возникновение пожара (§ 5 и § 41).
В состав электрооборудования входят: ввод тока в ка-
бинет; распределительный щит для обслуживания демон-
Рис. 26. Монтаж преобразователя (ПТ-03
завода физэлектроприборов) переменного тока
в постоянный на деревянной угловой панели,
удобной для переноски.
страционного стола
(рис. 30); выпрями-
тель или преобразо-
ватель переменного
тока в постоянный
(рис. 25 и 26) со щит-
ком для зарядки ак-
кумуляторов (рис.
34) и установка транс-
форматора для про-
екционного фонаря
(рис. 33).
В настоящем ру-
ководстве мы даём
описание наиболее
простого, но в то же
время вполне рацио-
нального электрообо-
рудования для физи-
ческого кабинета не-
полной средней шко-
лы. Если школа рас*-
полагает достаточны-
ми материальными
средствами, то препо-
даватель может про-
извести более совер-
шенное электрообо-
рудование, чем ниже
описанное, обратясь
для ознакомления со
схемами к тому I
Ф. Э.
7. Ввод тока в препаровочную. В физическом кабинете се-
милетней школы нет непосредственной надобности в трёхфаз-
ном токе и вполне можно обойтись вводом однофазного тока. Од-
нако преподаватель должен иметь в виду, что трёхфазный ток1
даёт возможность проводить ряд интереснейших опытов с этим
г) О трехфазном токе—см .книгу: Горячкин, «Переменный ток и его
законы».
§ 7, 7
43
током при кружковых занятиях и, главное, установить сравни-
тельно мощный источник постоянного тока — мотор-генератор
(рис. 25) или преобразователь (рис. 26). Так как ввод трёхфазно-
го тока обойдётся всего лишь в Р/2 раза дороже, то, имея в виду
дальнейшее усовершенствование кабинета, всё же желательно
ввести трёхфазный ток. Так как приключение к осветительной
сети в самом кабинете недопустимо, то проводку для технических
целей ведут от места ввода тока в школу или от толстых магист-
ральных проводов, называе-
мых стояками и прокладывае-
мых обычно на лестничных
клетках1.) Для подводки трёх-
фазного тока нужны три про-
вода, для однофазного, как и
для постоянного тока, —два
провода. Для проводки впол-
не возможно воспользоваться
шнуром (Ш. Р.) сечением не
менее 4 мм2, а лучше 6 мм2.
Ввод делают в препаро-
вочную и заканчивают здесь
мраморным распределитель-
ным щитком с предохраните-
лями (пластинчатыми или
трубчатыми—рис. 27 и 28, но
отнюдь не пробочными), ру-
бильником однофазного или
трёхфазного тока (рис. 32) и
Рис. 27. Предохранители — плавкие
пластинчатые.
Е и F — клеммы для зажимания концов
плавных вставок D.
четырьмя, тремя или двумя клеммами для присоединения проводов
(рис. 29). От ввода в препаровочную делают ответвление для об-
служивания классной лаборатории. При помощи установленно-
го на ответвлении рубящего выключателя можно электрическую
проводку в лаборатории включать лишь на то время, когда нужна
электроэнергия. На рисунке 29, I показана принципиальная схе-
ма простейшего щитка, который должен быть установлен в пре-
паровочной. Однофазный ток, пройдя через главный рубильник
А, служащий, в частности, для выключения тока во всём каби-
нете, подходит к двум клеммам В через предохранители С. Клем-
мы предназначены для пользования током в препаровочной для
тех или иных целей. За предохранителями сделано ответвле-
ние через рубильник I), подводящее ток к демонстрационному
столу.
Предохранители надо включить в цепь (вопреки общеприня-
тому) за рубильником, чтобы иметь возможность производить
О монтаже проводов — см. книги: Горячкин, «Проводка» и Ф. Э.
т. I, гл. IX и XI.
44
§7,8
замену жилок не под током, для чего достаточно будет выключить
рубильник А, Наилучшими предохранителями являются труб-
чатые, в которых наиболее просто и удобно заменять жилки в
случае сгорания (рис. 28).
Щиток должен быть смон-
тирован на мраморной или ши-
ферной доске; п рименение де ре-
ва совершенно недопустимо.
Рис. 28. Предохранители — плавкие трубчатые.
Плавная вставка (проволочка) D — помешена внутрь фарфоровой
трубки А. Вставка винтами присоединяется к контактам (ножам) В,
вставляемым в зажимы С.
Если сделан ввод трёхфазного тока, то придётся поставить
рубильник с тремя ножами Alf три предохранителя Cj и три клем-
мы В19 сделав ответвление через рубильник DA в лабораторию
от двух любых проводов, согласно схеме рисунка 29, II.
Устройство ввода и монтаж щитка требуют значительных ре-
месленных навыков, почему неосуществимы силами преподавате-
ля или учащихся, тем более что установка должна быть разреше-
на и по её выполнении принята районным электромонтёром. По-
этому эту работу надо поручить опытному электромонтёру.
Вводом до щитка в препаровочной можно ограничиться на
первых порах, т. е. в период организации физического кабинета.
Впоследствии проводку надо продолжить в лабораторию, а так-
же — к выпрямляющему ток устройству, например, к преобра-
зователю, и щиток заменить или дополнить более сложным рас-
пределительным щитом.
8. Распределительный щит в лаборатории. Распределитель-
ные щиты могут иметь самые различные устройства, но в основе
их лежит единая простая схема, одинаковая как для постоянно-
£ 7, 8
45
В & *
Рис. 29. Схема распределительного щитка (ввода) в препаровочной
(однофазного и трёхфазного тока).
го, так и однофазного переменного
тока (рис. 30). Провода, проводя-
щие ток, присоединяются прежде
всего к главному рубильнику F,
выключающему всё устройство.
Затем ток проходит через два
предохранителя 1,1 (трубчатых
или пластинчатых). За предохра-
нителями включается параллель-
но вольтметр V (120 или 220 V)
для измерения напряжения и по-
следовательно амперметр А (25—
—30 А) для измерения силы тока.
Далее производится разветвление
тока через рубильники С и D и
предохранители 2,2 и 3,3. Таких
ответвлений достаточно иметь два:
одно — для подведения тока к
демонстрационному столу, дру-
гое — к проекционному фонарю.
Если ток подводят к лаборатор-
ным столам учащихся, то нужно
сделать третье ответвление через
предохранители 4,4 и рубильник
Е, показанные на схеме 30 пунк-
тиром.
Весьма желательно при пере-
менном токе установить за щитом
Демон. Проекц. /1а бора-
стол фонарь тория
Рис. 30. Схема распределитель-
ного щита постоянного или пере-
менного однофазного тока.
46
§ 7, 8
трансформатор мощностью в 1—1,5 kW, снижающий напряже-
ние соответственно с 220 или 120 V до 50—60 V для питания воль-
товой дуги. Наиболее подходящим типом является автотрансфор-
матор, употребляющийся для кинопроекционных аппаратов и
известный под маркой А/ТСК (рис. 31).
Для трансформатора Т делают специальное ответвление через
рубильник D и отводят от него одну цепь, общую для демонстра-
ционного стола (60 V) и для проекционного фонаря (рис. 33). В
Рис. 31. Автотрансформатор типа
А/ТСК 120—45—50 V для питания
вольтовой дуги.
цепь надо включить через
рубильник F и предохрани-
тели 3,3 проволочный реостат
R с коммутатором до25—30 А,
имеющий сопротивление в
5—6 омов. Такой реостат
Рис. 32. Рубильник трёхполюс-
ной для распределительного щита.
носит название успокоительного, так как вольтова дуга горит
при его наличии много спокойнее, чем без него (рис. 341).
Распределительный щит монтируют на мраморной доске. Вольт-
метр и амперметр для щита берут технического типа МН или
ЭН1) (U = 120—220 V и /=25—30 А) (рис. Ill, I).
Предохранители всего лучше трубчатые; рубильники (рис. 32)
необходимо снабдить защитными коробками, чтобы даже наме-
ренное прикосновение к лишённым изоляции токопроводящим
частям было невозможно (рис. 7).
Монтаж распределительного щита и разводки тока по лабора-
тории не под силу преподавателю, и поэтому эта работа должна
Обозначения приборов — см. § 15, 10 и 11.
§7,9
47
быть поручена опытным монтёрам также, как и вводы тока в пре-
паровочну о.
Более подробные сведения о типе монтажа распределитель-
ных щитов — см. Ф. Э., т. I, гл. IX и т. III, § 1, 1—4 и § 25, 1.
9. Щит для зарядки аккумуляторов. Вопрос о зарядке акку-
муляторов подробно рассмотрен в § 72 и т. III, § 23. Для аккумуля-
торов полезно в препаровочной подвесить: одну-две полки, на кото-
рых следует всегда хранить аккумуляторы, и рядом щиток для их
Рис. 34. Схема щитка для
зарядки аккумуляторов по-
стоянным током освещения.
Рис. 35. Схема щитка для зарядки
аккумуляторов от купроксного
выпрямителя (рис. 125).
48
§7,9
зарядки. Источниками тока для зарядки могут служить: 1) сеть
освещения постоянного тока на 120 или 220 V; 2) купроксный
выпрямитель (§ 17, 9) и 3) преобразователь трёхфазного тока в
постоянный (рис. 25 и 26).
При зарядке постоянным током освещения или от мотор-гене-
ратора на 120 V на щитке монтируют ламповый реостат R (рис. 308),
амперметр А лабораторного типа
(рис. 112), пробочные предохрани-
тели В до 6 А, рубильник С малого
размера и две клеммы D (рис. 34).
Рис. 37. Схема распределитель-
ного щитка постоянного тока
(12 V) для зарядки аккумуля-
торов от преобразователя трёх-
фазного тока (рис. 26).
Рис. 36. Схема устройства преобра-
зователя ПТ-03 завода Физэлектро-
прибор (рис. 26).
Купроксный выпрямитель К (рис. 125) устанавливают на щи-
те, снабдив его штепсельной вилкой для включения в сеть осве-
щения (рис. 35). На том же щите монтируют амперметр А, рубиль-
ник С, предохранители В и две клеммы D (рис. 35). Установки
реостата для изменения силы тока не требуется, так как это до-
стигается посредством смещения магнитного шунта у выпрямите-
ля (рис. 126) (§ 17, 9).
Выходной щит от преобразователя М (рис. 36) обслуживает
цепь постоянного тока; на нём устанавливают предохранители
В до 25—30 А, вольтметр ММ1) (J7 =20—30 V), амперметр ММ
(7=20—25 А), рубильник С и две клеммы D (рис. 37). Желательно
х) Обозначения приборов — см. § 15, 10.
§ 1
49
установить также ламповый реостат R с лампами на 2 V, 50 W
или с подвижным контактом (рис. 306) для изменения силы то-
ка, заряжающего аккумуляторы. Выходной щит (постоянного
тока) от преобразователя, как распределяющий низкое напряже-
ние (U 20 V), можно сделать из дерева, а не из мрамора. Тогда
монтаж их станет вполне возможен для преподавателя.
§ 8. Мастерская.
1. Назначение мастерской. Для ремонта, а также для изготов-
ления новых упрощенных приборов, и, наконец, для кружко-
вых занятий с учащимися необходимо приобрести для кабинета
Рис. 38, I. Вид типичного оборудования мастерской в
препаровочной.
набор соответствующих инструментов и организовать специаль-
ное рабочее место, иными словами — обзавестись небольшой
мастерской.
Без мастерской, как бы она ни была примитивна, невозможно
не только развитие и совершенствование кабинета и лаборато-
рии, но даже сох ранение их от постепенного развала. Без надлежа-
щего своевременного ремонта количество неисправных приборов
станет постепенно расти, что приведёт в конце концов к значитель-
ному уменьшению демонстраций на уроках физики. Конечно,
4 Е. Н. Горячкин
50
Рис. 38, 11. Подвешивание инструмен-
тов на деревянном щите для удобного
хранения и контроля нахождения их
на месте.
нельзя предъявлять требований к преподавателю физики, чтобы
он являлся действительно мастером на все руки и мог произвес-
ти любой ремонт. Однако,
преподаватель должен обла-
дать самыми простыми ре-
месленными навыками, без
которых совершенно нельзя
обойтись даже при самом
обыкновенном налаживании
эксперимента. Навыки эти
весьма разнообразны, так
как преподавателю прихо-
дится обрабатывать пробку,
картон, дерево, стекло и ме-
талл, а также производить
некоторые работы по элект-
ромонтажу.
О наборе инструментов в
мастерской и пользовании
ими — см. т. Ill, §§ 9—18.
2. Организация рабочего
места. Для мастерской в
препаровочной отводят спе-
циальное место, где поме-
щают небольшой стол с проч-
ной крышкой из толстых до-
сок (1—1,5 м X 60—70 см) и
рядом столярный верстак,
возможно меньшего размера
(для экономии места). На
этом ,столе и верстаке произ-
водят все работы по починке
приборов и изготовлению но-
вых, поставив себе за не-
пременное правило — не пор-
тить крышек на других сто-
лах в препаровочной, а тем
более в лаборатории (рис.
38, I).
Редко применяемый инст-
румент хранят обыкновенно
в шкапчике или в ящике
рабочего стола;наиболее нуж-
ный подвешивают на гвоздях,
вбитых в деревянный щит,
укреплённый на стене. Таких щитов желательно иметь два: один,
подвешенный около стола, в основном со слесарным инструментом
§9
51
(рис. 38, II), и другой, располагаемый около верстака, — со сто-
лярным. На щитах, которые необходимо окрасить масляной
краской, обводят контуры каждого из подвешенных инструментов
и закрашивают места внутри контуров чёрным спиртовым лаком
или какой-либо другой чёрной краской. Тогда отсутствие ка-
кого-либо инструмента на месте становится заметным с одного
взгляда. Такой способ хранения инструмента сводит на нет время
на отыскание инструмента, упрощает его учёт и способствует
поддержанию порядка. Хранение инструментов на щитах в
достаточной мере зарекомендовало себя и поэтому должно быть
горячо рекомендовано. '
Щиты рационально взять следующих размеров: для слесар-
ных инструментов 100—120 см X 60—70 см и для столярных
80—90 см X 60—70 см. При развеске надо комбинировать ин-
струмент по группам (напильники, стамески, щипцы, молотки и
т. п.), отнюдь не стараясь заполнить сразу весь щит, и, наоборот,
надо оставлять свободные места для последующего заполнения их
инструментом по мере приобретения.
Рабочий стол желательно окрасить кислотоупорной краской
или во всяком случае масляной1 >; обивать его сверху листовым
железом нет никакой надобности; более того, покрытие железом
создаст ряд неудобств при работах. На крышке стола справа
укрепляют настольные тисочки, которые совершенно необходимы
для работы. Кроме того, там же желательно установить сверлиль-
ный станочек.
На краю стола полезно укрепить уголок из железа для сги-
бания жести и других работ с нею.
Для колки дерева, а также для помещения наковальни нуж-
но завести обрез от бревна диаметром в 30—35 см и высотой
в 60—70 см.
О пользовании инструментом, приёмах и способах обработ-
ки различных материалов — см. в основном т. Ill, §§ 10—20 и
литературу, указанную в приложении (§ 74).
§ 9. Библиотека.
«Довести книгу до читателя» — задача далеко не простая, и
разрешить преподавателю физики её легче всего в отношении
научно-популярной литературы по физике и технике. Поэтому
рациональнее всего библиотечку такой литературы завести при
физическом кабинете, как филиал общешкольной, и выдачу книг
учащимся производить самому преподавателю. В состав этой
библиотечки войдут также справочники и методические пособия,
нужные преподавателю, как это было подробно рассмотрено в
т. 1, §§ 45 и 47.
г) См. т. Ill, § 20.
4*
52
£ to
Огромнейшее значение имеет устройство в классе-лаборато-
рии застеклённой или затянутой сеткой витрины, где препода-
ватель должен выставлять литературу, рекомендуемую учащим-
ся для чтения по данному разделу физики, а также научно-по-
пулярные и технические журналы для молодёжи (рис. 39).
Рис. 39. Витрина с книгами для выставки литературы, рекомендуемой
учащимся для чтения.
Для хранения книг лучше всего завести отдельный шкап, же-
лательно шведско-американского типа. Составление и ведение
карточного каталога, а также шифровку книг необходимо произ-
водить по библиотечным правилам. Обзаведение своей библиотеч-
кой с выставкой книг, как показывает опыт, производит чудеса
в отношении повышения потребности у школьников на книги по
физике.
Глава третья.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.
§ 10. Классификация физических приборов.
Вся аппаратура, применяемая в школе при прохождении
курса физики, может быть разделена по своему назначению
на следующие группы, или классы:
1) Основные приборы, необходимые для воспроиз-
ведения тех или иных физических явлений и являющиеся сами
по себе объектами изучения. В эту группу входит подавляющее
большинство физических приборов, применяемых в школе для
* постановки опытов. В свою очередь эти приборы разделяются
на демонстрационные, обеспечивающие видимость од-
новременно всем учащимся, и лабораторные, служащие
для индивидуального наблюдения.
§ 11, 1
53
2) Измерители и измерительные п р и-
б о ры, которые хотя и могут являться предметом изучения и
оказаться необходимыми для воспроизведения явлений, но в ос-
новном предназначены для измерения физических величин. Из-
мерители бывают демонстрационные и лабораторные. К числу
измерительных приборов относятся: масштабные линейки (рис. 462);
весы (рис. 95—99); разновес (рис, 100—101); динамометры
(рис. 103—105); мензурки (рис. 469); термометры (рис. 106—107);
калориметры (рис. 485); вольтметры (рис. 112); амперметры
(рис. 112, II и 318) и т. п.
3) Модели технических установок и машин,
в основном предназначенные для демонстрации и объяснения
устройства и действия машин или их частей. Типичными предста-
вителями моделей являются: модели цилиндра двигателя внут-
реннего сгорания (рис. 85); модель парораспределительного ме-
ханизма (рис. 83); водяная турбина Пельтона (рис. 87); паровая
машина (рис. 80) и т. п.
4) Проекционные приборы, служащие для по-
лучения увеличенных изображений приборов или демонстрируе-
мых явлений. Такими приборами являются: проекционные фо-
нари (эпископ и диаскоп) (рис. 61—65) и приборы для теневого
проектирования (рис. 147—148).
5) Подсобные приборы, применяемые не для вос-
произведения физических явлений, а лишь в качестве вспомога-
тельных подставок всякого рода, поддерживающих приспособле-
ний для основных приборов, для большего удобства обращения
с последними, для улучшения видимости опыта и т. п. К числу
их относятся: штативы (рис. 50); рамы (рис. 51—52); подъёмные сто-
лики (рис. 53); экраны фона (рис. 56); осветители (рис. 57—58) и т. п.
6. Источники энергии, в том числе нагреватели
и горелки (рис. 127—132), гальванические (рис. 121—123) и акку-
муляторные (рис. 117—118) элементы, электрические машины
(рис. 25—26) и т. п.
Приведённую классификацию надо рассматривать как ориен-
тировочную, так как строгого разграничения между приборами
провести нельзя, и некоторые приборы могут то являться объек-
тами изучения, то служить в качестве подсобных и т. п.
Из приборов всех этих видов учитель для демонстраций или
лабораторных занятий составляет связные системы, образующие
собой то, что носит название установки опыта.
§ 11. Обеспечение видимости демонстраций.
1. Проверка видимости демонстраций. При лабораторных ра-
ботах наблюдение того или иного физического явления или отсчё-
ты по измерительным инструментам производятся индивидуаль-
но и притом с близкого расстояния. Наоборот, для демонстраци-
54
$ И, 2-3
онного эксперимента характерно наблюдение учащимися из са-
мых различных мест сравнительно обширного помещения —
класса, справа и слева от установки, вблизи неё и с расстояний,
удалённых иногда до 6—8 м.
Не подлежит никакому сомнению, что каждый учащийся,
где бы ни находилось его место в классе, должен иметь возмож-
ность, сидя спокойно на своём месте, ясно видеть всё то, что по-
казывает учитель, никак не напрягая при этом своего зрения1).
Поэтому при постановке и проведении демонстраций совер-
шенно необходимо постоянно проверять видимость эксперимен-
та из различных мест помещения, в том числе и с наибольшего
расстояния. Преподаватель, убедившись своими собственными
глазами, что при таком же точно освещении, которое будет суще-
ствовать во время демонстраций, явление отовсюду ясно видимо,
может считать подготовку опыта в этом отношении законченной.
2. Особенности демонстрационных приборов. В целях обеспе-
чения видимости при демонстрациях пользуются специальными
типами приборов, носящих название демонстрацион-
ных и отличающихся своими укрупнёнными размерами, спе-
цифическим расположением своих отдельных частей, яркой рас-
краской отдельных деталей и т. п.
Чтобы уяснить себе разницу между обычными измерительны-
ми приборами, употребляемыми в лабораториях, и демонстра-
ционными, достаточно сравнить между собой: весы демонстра-
ционные (рис. 98) и технические (рис. 99); демонстрационный
амперметр (рис. 110 и 318) и лабораторный (рис. 501); вращающий
виток (рис. 379) и модель электромоторчика (рис. 381); демонстра-
ционный термометр (рис. 107) и лабораторный (рис. 106); демон-
страционный динамометр (рис. 105) и лабораторный (рис. 104).
Типичными демонстрационными приборами являются: при-
бор для демонстрации закона Архимеда (рис. 45 и 183); турбина
Пельтона (рис. 87); прибор Гофмана (рис. 315).
Так как промышленность далеко не обеспечивает полного
комплекта демонстрационной аппаратуры, то некоторые, весьма
нужные, приборы приходится целиком изготавливать учителю
своими силами. К числу таких приборов относятся: прибор для
демонстрации движения проводника в магнитном поле (рис. 376);
модель витка с кольцами или коллектором (рис. 40, 12) и 379).
3. Повышение демонстрационности приборов. Может случить-
ся, что в физическом кабинете не окажется нужных демонстра-
ционных приборов, и преподавателю придётся приспосабливать
для демонстраций имеющиеся, не имея времени или достаточных
Зрение предполагается нормальное. Учащиеся же, страдающие недо-
статками зрения, должны быть заранее выявлены учителем и соответствую-
щим образом распределены по местам в классе.
2? Рисунок 40— см. цветную вклейку.
Рис. 4,0,1. Раскрашенная модель витка с коллектором.
Рис 40 II. Образец раскраски неподвижного магнита и мотка прово-
локи в качестве катушки для индукции.
55
ремесленных навыков для изготовления упрощенных. Во многих
случаях выход из положения осуществляется при помощи проек-
тирования на экран (§ 13, 1). Однако нередко возможно рас-
краской отдельных частей и некоторыми простыми добавочными
приспособлениями повысить демонстрационность приборов.
1) Раскраска отдельных деталей яркими краска-
ми сильно способствует выделению важнейших частей, служащих
объектом изучения, и иногда вносит значительные упрощения в
методическом отношении при объяснениях. Так, если, например,
подвергнуть окраске демонстрационный контур, выделив раз-
личными цветами проводники А и В, пластины коллектора С и D
или контактные кольца и щётки Е и F, то повысится не только
видимость, но и сильно упростятся объяснения принципа полу-
чения прямого и переменного токов (рис. 40,1 и 389). Примерами,
где раскраска имеет важнейшее значение, служат приборы: катушки
для индукции (рис. 397 и 40, II) (§ 50); постоянные магниты
(рис. 40, II); модели механизмов парораспределительной коробки
(рис. 83) и двигателя внутреннего сгорания (рис. 85) и др.
Раскраску лучше всего производить масляными художест-
венными красками, продаваемыми в тюбиках (см. т. III, § 20).
2) Шкалы и стрелки. На демонстрационных из-
мерительных приборах: у масштабных линеек, манометров (рис.
171) и вообще во всех тех случаях, когда при опытах производят-
ся отсчёты длин, рационально применять раскраску шкал, как
показано на рисунке 41.
Если в качестве демонстрационных приходится применять
весы технические (рис. 99) или Беранже (рис. 97), то на указа-
телях А и стрелке В полезно укрепить наконечники из бумаги
и шкалу заменить другой С — бумажной с крупными деления-
ми (рис. 42).
3) Рейтеры. В состав некоторых приборов входят нити и
проволоки, видимые очень плохо, а то и совсем невидимые,
вследствие своей малой толщины. Между тем при некоторых де-
монстрациях, например, движения проводника в магнитном по-
ле, колебания струн, удлинения проволоки при нагревании и
т. п., надо показать изменение в положении нитей или проволок.
Тогда для видимости их положений применяют: на вертикаль-
ных проволоках — флажки из тонкой (папиросной) цветной бу-
маги (рис. 43, I), на горизонтальных — рейтеры или гусарики
из такой же бумаги (рис. 43, II).
В некоторых случаях рационально надевать на нити или про-
волоку отрезки раскрашенных’ соломинок (рис. 43, III).
4. Окрашивание жидкостей. Не только сами бесцветные жид-
кости, но даже уровни их, если они налиты в стеклянные сосуды,
плохо заметны издали. Поэтому при проведении опытов с жидко-
стями рекомендуется их подкрашивать. Окрашивание произво-
дится различными красками, из которых для воды рекомендуется
56
£ 11. 4
фуксин или же, что проще, раствор щёлочи и фенолфталеина
(приготовление растворов — см. т. III, § 24). Эти краски не оставля-
ют на стекле следов после себя так, как это наблюдается при упот-
реблении растворов марганцовокислого калия, чернил и неко-
торых акварельных красок.
-шшппп
III
ШПшПШШШ
V
Рис. 41. Образцы демонстрационных шкал для масштабных линеек, мано-
метров и т. п. (штриховкой условно изображена окраска в красный цвет;.
Рис. 42. Насадки из бумаги на стрелку и указатели весов
и шкала для них.
§ П, 5-6
57
Для опытов по Гидростатике и в особенности по Оптике ре-
комендуется применение флуоресцина, дающего, кроме жёлто-
го окрашивания, флуоресценцию ярким зелёным цветом (§ 52).
Нужная густота окраски подбирается преподавателем посред-
ством опыта; необходимо лишь иметь в виду, что чем тоньше слой
жидкости, тем более интенсивной окраски она требует. Так,
в опыте с капиллярами приходится применять очень густую
окраску. Несмотря на то
что при этом жидкость в
сосуде будет казаться почти
чёрной, в трубках же полу-
чится лишь только достаточ-
ное по интенсивности красное
окрашивание (рис. 142, I).
Незаменимо применение
окрашивания для обнаруже-
ния движения струй в жид-
костях, например, в опыте
по конвекции в жидкостях
(рис. 273) (§ 37).
5. Применение дыма. Под-
мешивание дыма к воздуху
Рис. 43. Различные способы повыше-
ния видимости проводов (1 — флажки;
II — рейтеры; III —соломинки).
производится в тех случаях,
когда нужно демонстрировать перемещение воздуха или наблюдать
направление его струй. Так, например, поступают, когда пока-
зывают конвекцию в газах (рис. 275) или проводят демонстра-
цию на закон Паскаля для газов (рис. 172).
Чрезвычайно полезным оказывается применение дыма при
демонстрациях по геометрической оптике. Пучки лучей света
в воздухе, вообще говоря, заметны вследствие засорённости воз-
духа частицами пыли, а также благодаря наличию «тумана».
Чем больше засорённость воздуха, тем яснее обозначается путь
пучка лучей света. Поэтому при задымлении воздуха пучки лу-
чей становятся хорошо видимыми. Для получения дыма служит
особый прибор, носящий название дымаря (§ 12, 10).
6. Расположение приборов при демонстрациях. Неопытный
экспериментатор, используя, сколь угодно, прекрасные в де-
монстрационном отношении приборы, легко может свести на нет
все их преимущества и не обеспечить даже удовлетворительной
видимости. Случается это по ряду причин:
1) Никогда нельзя устраивать на демонстрационном столе на-
громождение приборов, как бы ни было велико число нужных из
них для проведения урока (рис. 46). Если преподаватель расставит
их по всему демонстрационному столу, то тем самым он рассеет
внимание, по крайней мере самых пытливых, учащихся и может
отвлечь их от предмета проводимой в данный момент демон-
страции.
58
£ 11, 6
Нужно стремиться к тому, чтобы на демонстрационном сто-
ле не было никаких приборов, за исключением только тех, ко-
торые нужны для показываемого опыта в данный момент (рис.
44 и 45). Остальные приборы, необходимые для последующих
опытов, рационально располагать около демонстрационного стола
на небольшом столике и выставлять из них на середину стола
только нужные в данный момент. Возможно, но несколько хуже,
ставить на краю стола те приборы, в которых нет необходимости
Рис. 44. Демонстрация инерции тела.
для проведения демонстрируемого опыта (рис. 47). Однако это
требование не всегда выполнимо; в частности, оно трудно осу-
ществимо в случаях сложных установок, например, при неко-
торых демонстрациях по электричеству.
Нужно сводить к минимуму количество всякого рода вспо-
могательных приборов, которые в рассматриваемой демонстрации
не изучаются. Так, например, нет надобности загружать стол
источниками тока, когда они служат для накаливания освети-
тельных ламп, вести на демонстрационном столе нагревание тел
при некоторых опытах по теплоте и пр. Всё это надо делать в сто-
роне.
2) Положение тела по отношению к приборам преподавателя
при проведении демонстраций далеко не безразлично. Как опыт-
$ 7
59
Рис. 45. Демонстрация закона
Архимеда при помощи ведёрка
и динамометра.
ный педагог, ведя записи на доске, умеет не загораживать их вплоть
до последней буквы, так и экспериментатор должен постоянно
следить за собой, чтобы не заслонять приборов. Чаще всего препода-
вателю для выполнения этого
требования приходится рас-
полагаться позади или сбоку
установки; в некоторых слу-
чаях разрешение вопроса
явится далеко не таким про-
стым делом (рис. 44, 45, 59
и 217).
3) При установках демон-
страций нередко оказывается,
что одни приборы загоражи-
вают друг друга, другие пло-
хо, а то и вовсе не видны
вследствие своих малых раз-
меров или, наконец, что важ-
нее всего, схема всей уста-
новки и взаимоотношение от-
дельных её частей для зри-
тельного восприятия учащи-
мися остаются скрытыми.
Особенно часто это нежела-
тельное явление наблюдает-
ся при демонстрациях из
области учения об электри-
честве, когда в электриче-
скую цепь входят по несколь-
ку приборов, а соединяющие
их проводники располага-
ются на горизонтальной пло-
скости стола и потому остаются совершенно невидимыми. На
рисунке 48,1 показана подобная неправильно собранная и притом
сравнительно простая установка. Совершенно иной вид принимает
эта установка, когда преподаватель смонтировал её в демонстра-
ционных целях при помощи подставок (рис. 48 II), подъёмных
столиков (рис. 53) и угловых панелей, на которых укреплены
приборы (рис. 48,11 и 55). Этот пример показывает огромное зна-
чение подставок и панелей при демонстрационном эксперименте
(§ 12, 4—6), но нельзя вдаваться в крайность и доходить до
чрезмерного применения подставок.
7. Значение фона. Видимость прибора или его отдельных час-
тей во многих случаях возрастает при правильном подборе фона,
на который глаз проектирует рассматриваемые объёкты. Значе-
ние фона основывается главным образом на явлениях контраста.
Случается, что одни объекты, хорошо видимые на белом фоне,
60
£ 11, 8
оказываются мало заметными на чёрном или наоборот. Таким об-
разом, на подыскание необходимого фона приходится обращать
самое серьёзное внимание, несмотря на то, что на первый взгляд
такое обстоятельство кажется несущественным.
Рис. 46. Помещение излишних приборов на демонстрационный стол —
неправильная расстановка приборов.
При этом нужно иметь в виду, что преподаватель, чаще все-
го помещаясь за демонстрируемым объектом, сам служит фоном.
Для получения фона применяются экраны, сделанные из вер-
тикально поставленных листов фанеры (рис. 45 и 56) (§ 12, 7).
Рис. 47. Правильное расположение приборов при демонстрации.
8. Освещение п подсвет. В целом ряде опытов плохо видны
приборы, расположенные на демонстрационном столе, на фоне
чёрной классной доски и освещаемые через окна сбоку слева, в
особенности в сумеречные дни. Тонкие провода и детали некото-
§ Н, 8
61
рых приборов, окрашенные в тёмные цвета, учащиеся не в со-
стоянии рассмотреть. Поэтому в целях улучшения видимости даже
днём приходится прибегать к дополнительному освещению.
Рис. 48, I и II. Применение преподавателем подставок позволяет учащимся
ясно видеть на демонстрационном столе схему включения приборов в элек-
трической установке (измерение ’мощности или сопротивления лампочки).
Однако, при неправильном освещении классной доски на ней
возникают такие отсветы и блики, которые не позволяют видеть
написанное на ней мелом. Подобное же явление отсветов полу-
чается также при проведении демонстраций, что может привести
62
£ 12, 1
к сильному, а то и полному исчезновению видимости. Действи-
тельно, многие приборы имеют стеклянные и металлические по-
лированные части; отражение света от них создаёт настолько яр-
кие блики, что происходит не только исчезновение видимости
деталей, но и ослабление зрительного восприятия прибора в це-
лом. Особенно важное значение это имеет, когда демонстрируют-
ся процессы, происходящие за стеклянной стенкой, например, в
стеклянной посуде внутри жидкости.
Повышение видимости вообще и борьба с отсветами произ-
водится при помощи дополнительного освещения прибора спере-
ди, сбоку или сзади (рис. 58). Особенно возрастает видимость при
просвечивании сзади стеклянных приборов с жидкостями, для чего
употребляется специальный осветитель, называемый просвечи-
вающим экраном (рис. 57) (§ 12, 7).
§ 12. Подсобные приборы»
1. Назначение и виды подсобных приборов. Как было уже ука-
зано выше, подсобные приборы сами по себе не являются ни пред-
метом демонстрации, ни тем более объектом изучения и никак
не могут считаться необходимыми
для воспроизведения тех или иных
физических явлений. К подсобным
приборам относятся прежде всего
всякого рода поддерживающие при-
Рис. 49, I и И. Таган и железная асбестированная сетка.
способления: 1) таганы и лабораторные штативы; 2) подставки и
подъёмные столики; 3) рамы; 4) угловые панели. Все эти при-
боры служат для создания точек опоры для основных приборов,
когда последние надо расположить на известной высоте. Таганы и
лабораторные штативы при этом предназначаются в основном
для помещения на них колб, химических стаканов и т. п., на-
§ /2, 2
63
греваемых на спиртовках или иных источниках теплоты, но, кроме
того, в широкой мере употребляются и для укрепления на них
других приборов.
Подставки и подъёмные столики применяются главным об-
разом для обеспечения лучшей видимости приборов, позволяя,
в частности, располагать приборы в случае надобности амфитеат-
ром (рис. 48, П, 318 и 326).
Рис. 50, 1 и II. Лабораторный штатив и лапки к нему.
Кроме поддерживающих приспособлений, к подсобным при-
борам должны быть причислены всякого рода экраны, предназ-
наченные в целях улучшения видимости для создания фона, ос-
ветители и ряд других приборов специального назначения, на-
пример, дымарь, наклонное зеркало и пр.
2. Таганы и лабораторные штативы. Таганы (рис. 49) нахо-
дят себе применение только при отсутствии или недостатке лабо-
раторных штативов (рис. 50). Так как они более дёшевы, чем шта-
тивы, то их приходится употреблять при лабораторных работах.
Основные недостатки таганов заключаются в том, что высота их
не может быть изменена и помещённый на них прибор нельзя
закрепить, как это нетрудно сделать при помощи лабораторных
штативов. Лабораторные штативы снабжаются разного рода при-
64
£ 12, 3
способлениями, из которых кольца служат, как подставки, и
лапки, как приспособления, поддерживающие приборы на весу
(рис. 50,11). Кроме того, лапки не
боров, поставленных на коль-
ца. При зажимании стеклянных
трубок, горлышек колб в лапках
устраивают прокладки из бумаги
или пробки. Тонкие металличе-
ские части зажимаются при по-
мощи кусочков дерева.
При пользовании таганами и
штативами для нагревания жид-
костей в стеклянной химической
посуде, необходимо между дном
последней и пламенем поме-
щать железную асбестирован-
допускают падения в сторону при-
Рис. 51. Рама настольная для опы- Рис. 52. Рама большая для магде-
тов по механике. бургских полушарий, электромаг-
нита и т. п.
ную по середине сетку (рис. 49, II). Без сетки посуда может
лопнуть вследствие неравномерного нагревания её дна и стенок.
3. Рамы. В продаже рам не имеется, но так как без них
обойтись очень трудно, то их приходится изготавливать своими
.силами или заказывать столяру. Как минимум нужны две рамы:
$ 12, 3
63
одна —настольная (рис. 51) и другая, предназначенная для
установки на полу класса (рис. 52). Настольная рама служит, глав-
ным образом, для укрепления на ней блоков и полиспастов. Де-
лают её из деревянных брусков (лучше всего из берёзовых, се-
чением примерно 2,5 см^Ь см), высотой 70 см. и шириной 100 см1к
Бруски связываются между собой на ребро, чтобы они оказались
широкой стороной обращёнными к зрителю. Основанием рамы
Рис. 53. Подъёмный столик.
может служить доска или,
много лучше, ножки с отко-
сами. Для укрепления на ра-
мах в продаже имеются специ-
альные блоки на струбцинках
Рис. 54. Технический вольтметр,
смонтированный на угловой панели.
(рис. 242); для подвешивания же обыкновенных блоков, полис-
пастов и других приборов в верхний брусок ввёртывают пе-
тельки (рис. 452).
Большая рама предназначается для подвешивания магде-
бургских полушарий и электромагнита с тем, чтобы продемон-
стрировать, что груз человеческого тела оказывается недостаточ-
ным для отрыва полушарий друг от друга или якоря от электро-
магнита (рис. 214 и 365). Большую раму делают из брусков
(5 смх8 см) высотой в 180—200 см и шириной в 50—60 см*\
й Об изготовлении — см. т. III, § 10
5 Е. II. Горячкин
66
£ 12. 4—5
4. Подставки. Обыкновенные кирпичи являются очень удоб-
ными подставками для приборов, но они тяжелы, царапают и
пачкают демонстрационный стол. Поэтому находят себе приме-
нение «кирпичи», сделанные из деревянного бруска с прямоуголь-
ным сечением (7 см X 12 см X 25 см)
и окрашенные тёмной маслин-
ной краской. Необходимы также
подставки в виде прямоугольных
параллелепипедов, сбитых из досок
(узкие стороны) и клеёной фанеры.
Во избежание загрязнения их покры-
вают «морилкой» и сверху каким-
либо лаком. Для удобного захваты-
вания при переносках на двух-трёх
стенках просверливают отверстия
для пальцев1^. Такие подставки на-
ходят себе самое широкое примене-
ние при демонстрационном экспери-
менте.
I
Рис. 55. Монтаж звонка на
угловой панели с двояким
расположением клемм.
в
II
5. Подъёмные столики. Подъёмные столики служат, так же
как и подставки, для помещения физических приборов на неко-
торой высоте над демонстрационным столом, главным образом
для обеспечения видимости.
Подъёмный столик Гезехуса служит в качестве под-
ставки для сравнительно крупных предметов. Размер его
крышки обыкновенно делается около 50 смхЗЬ см. Высота его
может изменяться при помощи вращающейся рукоятки, наса-
женной на вал с винтовой резьбой. Этот вал при своём
*) Об изготовлении — см. т. III, § 10.
§ 12, 6—7
67
вращении, действуя на гайки, укреплённые в скрещиваю-
щихся ножках, позволяет изменять высоту в пределах при-
мерно от 10 см до 40 см. Простота изменения высоты и доста-
точная прочность столика заставляют настоятельно рекомендо-
вать его для физического кабинета. Такой же рекомендации за-
служивает малый подъёмный столик с круглой крышкой, приме-
няемый для помещения на нём малых по размеру предметов
(рис. 53). Высота его меняется посредством перемещения стержня
во втулке чугунного основания. Закрепление стержня со столи-
ком на той или иной высоте производится винтом А.
6. Угловые панели. Угловые панели позволяют располагать
приборы в вертикальной плоскости, в чём безусловно нуждают-
ся манометры (рис. 171), некоторые измерительные электриче-
ские приборы (рис. 54), электрические звонки (рис. 55) и др.
Действительно, перечисленные приборы могут работать или
давать правильные показания только тогда, когда они располо-
жены вертикально. Но кроме того, к монтажу на панелях прибе-
гают и в тех случаях, когда приборы, поставленные на демонстра-
ционный стол, остаются скрытыми от глаз учащихся. К числу
таких приборов относятся, главным образом, электрические при-
боры, как, например, звонок, всякого рода выключатели, модели
телеграфа и пр. Чтобы выяснить выгоды монтажа на угловых
панелях, достаточно сравнить между собой вид приборов при обыч-
ном расположении на столе и при монтаже их на углевых подстав-
ках. Угловые панели бывают двух типов: упрощенные и более
сложные (рис. 54 и 55). Следует предпочесть последний тип, как
более устойчивый1).
При монтаже электрических приборов следует на каждый про-
вод ставить по две клеммы: одну А] и В, на верху панели и другую
А2 и В2 снизу (рис. 55). Тогда подключение к верхним клеммам
обеспечит видимое для учащихся раепдложение проводов навесу,
что важно при некоторых демонстрациях, когда, кроме самих
приборов, изучается также схема соединения приборов друг с
другом. Нижние клеммы оказываются более удобными при лабо-
раторных работах и в тех случаях, когда при демонстрациях нет
надобности обращать внимание на схему соединения приборов
между собой.
7. Экраны для создания фона. Выше (§ 11, 7) было указано зна-
чение фона, на котором производится демонстрирование прибора
или опыта. Во многих случаях, помещая за прибором небольшой
экран, окрашенный белой или чёрной краской, удаётся значи-
тельно увеличить видимость. Чтобы убедиться в справедливости
этого, нужно сравнить видимость одного и того же прибора на
фоне белого и чёрного экранов. Экран нетрудно сделать своими
силами, изготовив три брусочка (рис. 56, II) с поперечным про-
Об изготовлении — см. т. III, § 10.
5*
68
резом А посередине такой ширины, чтобы вставленный в них
лист фанеры В удерживался в вертикальном положении х). Следует
заготовить два-три листа фанеры различного размера и брать
из них тот наименьший,
который соответствует раз-
мерам прибора. Листы
делаются прямоугольной
формы, что позволяет уста-
навливать их примени-
тельно к прибору двумя
способами: длинным реб-
ром горизонтально или
вертикально. Одну сторону
экрана покрывают белой
краской или бумагой, дру-
гую нужно сделать мато-
во-чёрной, покрыв её чёр-
ной масляной краской (са-
жей), материей или бума-
гой
При демонстрации яв-
лений, происходящих в
и,----------------50
Рис. 57. Устройство просвечивающего
экрана.
Рис. 58. Лампа с глубоким колпаком
и настольная электрическая лампа,
полезные для подсвечивания.
жидкостях внутри стеклянных сосудов, несравненное улучшение
видимости получается при пользовании просвечивающим экра-
ном (рис. 57). Устройство его
чрезвычайно просто. Из досок
сколачивают ящик с фанер-
ным дном. Ящик для придания
большей устойчивости укреп-
ляют на доске, образующей
собой подставку. В боковых
стенках просверливают ши-
рокие отверстия, служащие
для вентиляционных целей.
Внутри ящика устанавли-
вают три-четыре патрона с
лампочками накаливания
(25 W, лучше 15 W). Провод,
подводящий к лампам ток,
снабжают штепсельной вил-
кой для включения в сеть ос-
• вещения. Переднюю стенку,
показанную на рисунке 57 от-
сутствующей, делают из листа бумаги, лучше всего — белой
обёрточной. Этот лист приклеивают наглухо по краям ящика. При
горении ламп бумага пропускает через себя рассеянный мягкий свет.
х) Об изготовлении—см. т. Ill, § 10.
£ 12, 8—9
69
8. Осветители. В сумеречные
дни нередко приходится поль-
зоваться дополнительными осве-
тителями для освещения всей
демонстрационной установки
или её отдельных частей. В пер-
вом случае зажигают освещение
во всём помещении класса; во
втором — берут электрическую
лампу, закрепив её патрон в ла-
бораторном штативе и снабдив
глубоким непрозрачным колпа-
ком (рис. 58, 1). Из обычной
настольной арматуры могут
быть с большей пользой приме-
нены типы, показанные на ри-
сунках 58, II и III.
9. Наклонное зеркало. Для
демонстрации некоторых явле-
ний, происходящих в горизон-
тальной плоскости, можно поль-
Рис. 59. Применение наклонного
зеркала для демонстрации явлений,
происходящих на горизонтальной
плоскости.
можно держать соответствую-
зоваться наклонным зеркалом.
Проще всего использовать обык-
новенное настенное зеркало раз-
мером примерно 70 смхЬО см.
При пользовании зеркалом ег
щим образом в руках (рис. 59). Но в таком случае производство
опыта требует второго человека, а присутствие двух людей около
Рис. 60. Устройство дымаря.
70
£ 12, 10; § 13, 1
установки заставляет их невольно мешать друг другу. Поэтому
рациональнее наклонное зеркало смонтировать на специальной
подставке или закрепить при помощи штатива. Тогда зеркалу
можно придавать любой угол наклона и с помощью винта за-
креплять в том или ином положении.
10. Дымарь. Как указано выше (§ 11, 5), для обеспечения
видимости некоторых явлений по оптике и др. применяется
задымление воздуха. Для получения дыма служит прибор, на-
зываемый дымарём. Сущность действия простейшего дымаря со-
стоит в том, что через горящую папиросу продувают воздух так,
чтобы последний входил в неё с зажжённого конца и выходил
вместе с дымом из мундштука. Конструкция дымаря может быть
различной, в зависимости от типа взятого сосуда. Если дуть
ртом или нагнетать воздух насосом Шинца в трубку В, то через
другую резиновую трубку А станет выходить густой дым
(рис. 60). Об изготовлении дымаря — см. т. III.
§ 13. Проекционные приборы.
1. Назначение проекторов. Проекционные приборы, или
фонари, служат в основном для проектирования на эк-
ран увеличенных изображений прозрачных и непро-
Рис. 61. Проекционный фонарь школь-
ного типа и его устройство.
зрачных картинок, а также
некоторых приборов и вос-
производимых с их помощью
физических явлений. Кино-
проекторы предназначены
для получения движущихся
изображений, а некоторые
типы из них, кроме того,
для воспроизведения запи-
санного на плёнку звука
(см. т. III, § 22, т. I, § 23).
Наконец, проекционные при-
боры в школе используются
также в качестве осветителей
при опытах по оптике (§§ 54
и 55).
Существуют два способа
проектирования—один из них
общеизвестный, при которохм
проектирование прозрачных
или сильно освещённых объ-
ектов производится с помощью
оптических линз (объектива).
При другом способе на
экране получают теневое
§ 13, 2
71
изображение непрозрачных предметов. Приборы для теневого
проектирования описаны в § 24, 4.
2. Типы проекционных фонарей. Проекционные приборы,
применяемые в школе, могут быть разделены на два основных ти-
па, предназначенных для проектирования: 1) картинок
(рис. 61) и 2) физических приборов (рис. 62). По-
Рис. 62. Проекционный фонарь с оптической скамьёй (опыт — спектры
паров металлов).
следний тип проекторов применяется также в школе не как под-
собный, а как основной прибор для демонстрации некоторых
явлений геометрической оптики, для чего снабжается особым уст-
ройством, называемым оптической скамьёй, и рядом принадлеж-
ностей (рис. 63). Кроме того, он используется для проектирова-
ния картинок, почему и может быть назван универсальным.
Проекционные фонари, служащие для проектирования карти-
нок, в свою очередь бывают двух видов, называемых эпископами
и диаскопами.
ЭпископохМ называют проекционный аппарат, служащий для
проектирования на экран непрозрачных картин, например, ри-
сунков, чертежей, текста из книг (рис. 64). Диаскоп предназна-
чен для проектирования диапозитивов, т. е. прозрачных картинок,
выполненных на стекле или целлулоиде (рис. 61 и 65). Эпи-
диаскоп — универсальный аппарат, позволяющий получать про-
екцию как прозрачных, таки непрозрачных картин (рис. 64). Наи-
72
£ 13, 3
Рис. 63. Набор к проекционной скамье.
В — корпус фонаря, А — задняя стенка корпуса с рефлектором, D — конденсор, F —
рамка для диапозитивов, К — столик, L — часть скамьи, Е — рейтер , S — задняя стенка
корпуса с вольтовой дугой, Р — лампочка 12 V, /V — раздвижная шель, М и Мч —
экраны со щелями и круглыми отверстиями, О — объектив , 1 — подставки для вкла-
дывания линз.
большее распространение получили диаскопы, называемые обыч-
но проекционным фонарём.
3. Дааскэп. Диаскоп имеет железный корпус, служащий для
помещения источника света и снабжённый сбоку и снизу отверстия-
ми, а также вытяжной или вентиляционной трубой А для обеспе-
чения циркуляции воздуха, что необходимо в целях охлажде-
ния (рис. 61). В корпусе имеется круглое отверстие для
помещения конденсора, состоящего из двух плоско-выпуклых ко-
роткофокусных линз С, обращённых выпуклостями друг к другу
(рис. 61, II). Конденсор предназначен для превращения расходяще-
§ /5, 3
73
Рис. 64. Эпидиаскоп.
Рис. 65. Проекционный фонарь для ленточных диапозитивов.
гося пучка света, падающего на него от источника света, в сходя-
щийся пучок, служащий для освещения диапозитива. Для поме-
щения диапозитивов, вставляемых в кассеты рамки (рис. 66), слу-
жит рамкодержатель Е на раздвижном тубусе В, в котором
укреплён объектив О (рис. 61).
74
£ *3, 4
Изображение диапозитива при помощи этого объектива проек-
тируется на экран. В простейшем случае объективом может слу-
жить одна выпуклая линза; для уменьшения аберраций — хро-
матической (радужная окраска) и сферической (расплывчатость
изображения) — объектив составляют из двух или большего ко-
личества соответствующим образом подобранных линз.
Описанный диаскоп носит название школьного проекцион-
ного фонаря. Для проектирования приборов он непригоден, что
суживает круг его применения в преподавании физики. Однако
при некоторой простой переделке, заключающейся в удалении
Рис. 66. Рамка А с кассетами В для удобной смены диапозитивов (7.
выступающей части корпуса и в укреплении объектива на отдель-
ном штативе, фонарём можно с успехом пользоваться для проек-
тирования приборов. К числу диаскопов должен быть отнесён
также малый проекционный фонарь для плёночных диапозитивов
(рис. 65). Устройство его осветителя показано на рисунке 67.
О диапозитивах — см. т. I, § 22, рис. 48—52.
4. Эпископ. Если в диаскопах для йолучения изображения
используется свет, проходящий через диапозитив, то в эписко-
пах изображение получается от света, отражённого от непро-
зрачной картинки (рис. 68). На рисунках 68, 1 и II показан схе-
матически разрез эпископа, где S — источник света, освещающий
непрозрачную картинку Р. Лучи света, отражённые от этой кар-
тинки, падают на плоское зеркало В и после отражения от него
поступают в объектив О. Для эпископа, кроме использования от-
ражённого, а не проходящего через картинку света, характерно
отсутствие конденсора. Кроме того, для эпископа совершенно необ-
ходим более светосильный, чем в диаскопе, объектив, ввиду зна-
чительных потерь света при отражениях от картинки и от
зеркала. Поэтому диаметр линз объектива у эпископа берётся
более значительный, чем у диаскопа (рис. 61 и 62). Помимо того,
в эпископах, как правило, приходится пользоваться возможно
£ /5, 5
75
более сильными источниками света, чтобы получать на экране
достаточно яркое изображение. Так как сильный источник света
выделяет много теплоты, то для охлаждения должны быть при-
няты соответствующие меры, для чего в корпусе сделано значи-
тельное число вентиляционных отверстий.
Рис. 67. Схема устройства осветителя с лампочкой S у
проекционного фонаря (рис. 62 и 65). А — конденсор;
В — рефлектор.
На рисунках 64 и 68 изображён аппарат, допускающий не толь-
ко эпископическое, но и диаскопическое проектирование. Поэ-
тому он снабжён ещё конденсором Е и объективом М (рис. 68, I).
В случае использования аппарата для эпископического проекти-
рования конденсор закрывается от проникновения света непро-
зрачным экраном С, управляемым рукояткой К, расположенной
Рис. 68. Схемы применения эпидиаскопа (рис. 64) для диаскопического (I)
и эпископического (I) проектирования.
сбоку корпуса (рис. 64). Для диаскопической проекции экран
С опускается на дно аппарата, и свет от источника падает на
конденсор и, пройдя сквозь него, освещает диапозитив, проекти-
руемый объективом М.
5. Проекционный фонарь с оптической скамьёй. Проекцион-
ный фонарь с оптической скамьёй, выпускаемый Главучтехпро-
мом для проектирования приборов, диапозитивов и демонстра-
76
$ 13, 6—7
ции некоторых явлений по оптике, показан в собранном и разоб-
ранном виде на рисунках 62 и 63.
Основанием фонаря служит скамья из двух металлических
прутьев—«рельсов», на которых помещается корпус В с источни-
ком света (лампочка Р, 12 V или 120 V, или вольтова дуга S)
и с конденсором D. На скамье могут быть помещены движки Е,
предназначенные для укрепления на них: объектива О\ рамки
для диапозитивов F; подъёмных столиков Я; линзодержателей J;
непрозрачных экранов М и/V с одной
Рис. 69. Фонарь (осветитель) нового типа
с лампой в 300 W (рис. 71, V) для проек-
ционной скамьи.
или несколькими щелями
и с круглыми диафрагма-
ми. В новейшей модели
фонаря с оптической
скамьёй применён корпус
иного устройства с более
мощной лампой на 110 V
(рис. 69). Вольтова дуга
смонтирована в другом
корпусе с откидным верхом
(рис. 70, I и II).
Об управлении фона-
рём и использовании его
для опытов — см. § 23.
6. Источники света для
проекционных фонарей.
Проще всего вопрос об
источниках света для про-
екционных фонарей ре-
шается в том случае, ког-
да в школе имеется элек-
трическое освещение. Ис-
точниками электрического света могут служить: вольтова дуга
или специальные проекционные лампы; в ряде случаев с успехом
можно применять также обычные осветительные лампы.
В случае отсутствия в школе электроэнергии единственным
подходящим источником света является карбидная (ацетилено-
вая) горелка (рис. 79), дающая вполне удовлетворительные ре-
зультаты при правильном и аккуратном пользовании ею. Приме-
нение керосиновых ламп, конечно, возможно, но результаты,
полученные с ними, окажутся худшими, даже по сравнению с
осветителем, состоящим из лампочки от карманного фонарика,
питаемой элементами типа MBD (§ 17. 7).
Если школа имеет возможность заряжать аккумуляторы где-
нибудь поблизости, то для проекционного фонаря следует поль-
зоваться проекционной лампочкой на 6—12 V (рис. 71).
7. Вольтова дуга. Применение вольтовой дуги в качестве ис-
точника света для проекционных фонарей в условиях современ-
ной техники, располагающей специально сконструированными про-
Рис. 70. Ручной регулятор для вольтовой дуги в оптической скамье.
78
$ 13, 7
екционными лампами, не является необходимостью, за исключе-
нием некоторых демонстраций, не находящих себе места в курсе
физики семилетней школы. Поэтому здесь вопрос о вольто-
вой дуге, как основном источнике света для фонарей, не рассмат-
Рис. 71, I—VI. Лампы для проекционных фонарей:
I — бытовая, II — кинопроекционная — 110 V и 300 W, 111 — в 500 W от эпидиаскопа,
у _ кинопроекционная — 12 V и 30 W, IV — «точечная» от проекционной скамьи,
VI — «котельная» — 12 V.
§13, 8
79
ривается. Однако, приходится всё же упомянуть о регуляторе
для вольтовой дуги, входящем в комплект фонаря с оптической
скамьёй, Главуч-
техпрома. На ри-
сунке 70 показа-
но устройство та-
кого регулятора.
Угли расположены
под углом и сбли-
жаются и раздви-
гаются посредст-
вом вращения вин-
тов N с широкими
головками. Основ-
ное неудобство за-
ключается в том,
что нет* приспо-
собления для одно-
временного управ-
ления обоими уг-
лями, и каждый
из них должен
Рис. 71, VII—IX.
Лампочки: от карманного фонарика (VII) рудничная на 4 V.
для переносных фонарей (VIII) и прожекторная (IX).
перемещаться от-
дельным винтом.
Вследствие этого
зажечь дугу, а тем
более поддерживать её правильное горение —сложное дело. Для
наблюдения за горением дуги в корпусе сделаны окошечки М. О
Рис. 72. Штатив для осве-
тительной лампы.
питании вольтовой дуги — см. § 43.
8. Осветительные лампы. Чем мень-
шую площадь занимает в электриче-
ской лампочке накаливаемый волосок,
техМ с большим к. п. д. может быть в
проекционных фонарях использован её
свет. Поэтому наилучшие результаты
по сравнению с другими обычными
осветительными даёт лампочка с биспи-
ральным волоском.
Такую лампочку с успехом можно
применять в школьном проекционном
фонаре (рис. 61). Для осветительных
ламп Главучтехпром выпускает специ-
альные подставки (рис. 72). Такие
подставки, позволяющие изменять вы-
соту лампы, снабжены для лучшего
использования света вогнутыми зерка-
лами М (рефлекторами).
80
£ 13, 9—11
9. Кинопроекционная лампа в 300 W. У лампы от кинопроек-
ционного аппарата УП-1 и УП-2 (см. т. Ill, § 22), которая с боль-
шим успехом может применяться в школьном проекционном фо-
наре, волосок расположен так, что занимает сравнительно не-
большую поверхность (рис. 71, И). Подобные лампы изготов-
ляются мощностью в 300 W и для напряжений в 110 и 210 V.
Достоинство кинопроекционной лампы в 300 W в её значитель-
ной мощности и, следовательно, в сильном свете. К числу
«недостатков» должно быть отнесено устройство цоколя, требу-
ющего специального патрона типа Свана.
Правила пользования кинопроекционной лампой в 300 W:
I. Лампа при своём горении выделяет, вследствие своей
значительной мощности, большое количество теплоты, и сте-
кло её баллона нагревается настолько, что приведённые в
соприкосновение с ним бумага и другие горючие вещест-
ва воспламеняются. По причине значительной тепло-
отдачи её можно использовать только в железном корпусе
фонаря; помещать же ее внутри картонных или деревян-
ных корсбок ни в коехм случае нельзя.
II. Лампа при своём горении должна: а) занимать
обязательно вертикальное положение и б) быть обра-
щённой цоколем вниз. При расположении её боком или
цоколем вверх стекло баллона расплавляется, вспучивается
и затем лопается.
10. Лампа в 500 W для эпидиаскопа. Лампа для эпидиаскопа
имеет такое же расположение волоска, как и кинопроекционная,
и при пользовании ею должны соблюдаться изложенные выше тре-
бования. Благодаря большому объёму баллона лампа допускает
при работе наклонное положение (рис. 68). Так как лампа
имеет цоколь Эдисона, то её очень просто использовать в школь-
ном проекционном фонаре, и, если не считаться с количеством
расходуемой электроэнергии, она является наилучшим источни-
ком света при проектировании диапозитивов (рис. 71, III).
11. Кинопроекционная лампа на 12 V. В старого типа проек-
торах для диапозитивов на киноплёнке (рис. 65) и у школьной
проекционной скамьи (рис. 62) применялись в качестве источни-
ка света кинопроекционные лампы на 12 V мощностью b30W или
50 W (рис. 71, V). В новых образцах этих проекционных аппара-
тов в настоящее время используется «точечная» лампа (рис. 71, IV).
К числу «недостатков» лампы на 12 V относится необходимость
применять трансформатор, снижающий напряжение тока освеще-
f 12
81
ния co 120 V или 220 Удо 12 V (§ 51). Лампа требует патрона Сва-
на (рис. 73).
12. Включение ламп для проекционных фонарей. Включение
осветительных ламп (рис. 71, I), применяемых в проекционном
фонаре, производится обычным пу-
тём посредством шнура со штеп-
сельной вилкой, вставляемой в
штепсельную розетку. Точно так
же присоединяется к осветитель-
ной сети лампа эпидиаскопа
(рис. 71, 111). «Точечная» проекци-
онная лампа и кинопроекционная
рассчитаны на напряжение в 110 V
и весьма чувствительны как к
недокалу, так и перекалу. В пер-
вом случае лампы станут давать
недостаточное количество света, во
втором — срок службы их силь-
но сократится, и они быстро пе-
Рис. 73. Патроны Свана.
регорят. Поэтому весьма полезно
включать их через автотрансфор-
матор, употребляемый для поддержания нормального напряжения
у радиоприёмников (рис. 74). Такой трансформатор позволяет
повысить или понизить на-
Рис. 74. Автотрансформатор.
07 — сеть выключена;
пряжение по сравнению с
сетью освещения. Схема авто-
трансформатора показана на
рисунке 75, 11; его щиток с
гнёздами для вилок—на ри-
сунке 75,1. Лампа кинопроек-
тора присоединяется вилкой
к гнёздам с надписью «выход».
Вилка, подводящая ток от
сети освещения, одной нож-
кой вставляется в гнездо 0.
Поворачивая вилку вокруг
этой ножки, можно другую
ножку вставить в любое из
гнёзд 7, 2, 3, 4 или <5. Схема
рисунка 75 показывает, что
при включениях в гнёзда:
02 —напряжение на выходе меньше, чем в сети;
03 —напряжение на выходе равно напряжению в сети;
04 — напряжение на выходе больше, чем в сети;
05 — напряжение на выходе ещё сильнее повышается по срав-
нению с предыдущим случаем.
6 Е. Н. Горячкин
82
§ 13, 12
Настоятельно рекомендуется применение сетевого автотранс-
форматора1), тем более, что он окажется полезным при поста-
новке некоторых опытов. тт
Выход
Сеть
Рис. 75. Щиток автотрансформатора (I)
и его схема (II).
Для кинолампы на 12 V надо пользоваться специальным
трансформатором с щитком для изменения напряжения (рис.
76, I) в пределах примерно
10—18 V, для чего вилка от
лампочки на 12 V может быть
вставлена в гнёзда одним из
трёх способов (рис. 76,11).
I II
Рис. 76. I — кинотрансформатор, позволяющий получить напряжения
6, 12, 14, 16 и 18 V; II — простейший щиток для напряжений 10, 12 и 14 V.
Если проекционные лампы имеют напряжение в 110 V, а
напряжение в осветительной сети равно 220 V, то для понижения
напряжения соответствующим образом необходимо применять
трансформатор с 220 V на 120 V. За отсутствием такого трансфор-
’) Следует взять автотрансформатор мощностью до 500 W во избежание
перегревания обмотки. Приобрести его можно в радиомагазине.
§ 13, 13
83
матора лампы можно включать в сеть через реостат, проще
всего ламповый (§ 43).
13. Центрирование света. Лучи света от источника распро-
страняются во все стороны, но в проекционных фонарях исполь-
зуется лишь та их часть, которая падает на конденсор. Поэтому в
целях максимального использования света сзади источника ста-
вят вогнутое зеркало (рис. 72). Необходимейшим условием для
успешного пользования проекционными фонарями является уме-
ние правильно установить: 1) источник света по отношению к
конденсору и главной оптической оси и 2) зеркало по отношению
к источнику света.
1) Установка обыкновенной лампочки
и вольтовой дуги. Сначала рассмотрим вопрос об уста-
новке источника света, в виде обыкновенной лампочки, по от-
ношению к конденсору, считая, что зеркало отсутствует.
Лампочку или вольтову дугу необходимо расположить так,
чтобы нить лампы или пламя дуги оказались расположенными
на главной оптической оси, проходящей через центры конден-
сора и объектива. Кроме того, далеко,не безразлично, на каком
расстоянии от конденсора находится вольтова дуга или лампа.
При неправильном расположении источника света на экране
образуются тёмные пятна или же края освещённого круга примут
радужную окраску. Радужная окраска красноватого цвета
показывает, что источник расположен слишком близко; тогда
осветитель надо отодвинуть от конденсора. При синеватой
окраске источник находится чересчур далеко, и его надо придви-
нуть к конденсору. В нижеследующей таблице (стр. 84) изображе-
ны виды тёмных пятен, получаемых на экране при неправильной
установке источника, и указаны способы для их устранения.
Для получения правильно освещённого круга на экране надо
перемещать соответствующим образом всю подставку (рис. 72)
или одну лампочку на ней. После установки лампочки на под-
ставку надевают рефлектор-зеркало . и, не смещая подставки и
лампы, меняют расстояние и высоту рефлектора до полного ис-
чезновения бликов на экране.
Вопрос о центрировании света рассмотрен также в § 24.
2) Установка кинопроекционных ламп. Рас-
смотрим сначала установку кинопроекционной лампы на 12 V
(рис. 71, V), применяемой в малом проекционном фонаре (рис. 65)
и оптической скамье (рис. 62).
Центрирование лампы на 12 V:
I. Лампочку 5 располагают волоском к конденсору В и
притом так, чтобы плоскость волоска оказалась перпендику-
лярной к главной оптической оси (рис. 77).
6*
84
$ 13, 13
Центрирование света
Вид пятен Причина: источник света находится У стране н и е. источник света сместить
1 Кольцо по краям далеко придвинуть
2 о Два серпа по краям » »
3 Пятно в центре близко отодвинуть
4 Серп справа справа влево
5 □ Серп слева слева вправо
6 Серп сверху выше вниз
7 Серп снизу ниже вверх
8 I I Пятен нет Установка правильна
§ 13, 13
85
П. Посредством объектива получают на экране светлый
круг. Перемещая объектив, добиваются, чтобы этот круг
имел резко очерченные края, не обращая внимания на
тёмные пятна внутри круга. Замечают, на каком расстоя-
нии от конденсора расположится при этом передняя линза
объектива.
III. Снимают объектив и на то место, где располагалась
передняя линза объектива, помещают перпендикулярно к
оптической оси лист белой бумаги. Тогда на листе полу-
чится изображение светлого круга с яркой точкой или пят-
HOxM внутри.
IV. Перемещают патрон с лампой по отношению к конден-
сору вперёд или назад так, чтобы светлое пятно прежде
всего приняло наименьшую величину.
V. Поднимают патрон с лампой выше или ниже и доби-
ваются, чтобы пятно расположилось на горизонтальном
диаметре освещённого круга.
VI. Вращают патрон с лампой, чтобы пятно оказалось
точно в центре круга.
Когда последнее требование будет выполнено, установку лам-
почки можно считать законченной, и тогда на экране с помощью
объектива может быть получен освещённый круг, не содержащий
пятен.
После этого надо установить зеркало В (рис. 77). Прежде все-
го отодвигают объектив от конденсора так, чтобы на экране по-
лучилось резкое (обратное) изображение Ь раскалённой нити лам-
почки в увеличенном виде. Затем, приближая зеркало к лампочке,
а также меняя наклон зеркала, добиваются, чтобы появившее-
ся на экране второе (прямое) изображение а нити оказалось в «фо-
кусе» й расположилось так, как показано на рисунке 78,1.
Подобно лампе на 12 V производится установка кинопроек-
ционной лампы на 120 V (300 W). Лампу в 300 W помещают так,
чтобы её светящая площадка оказалась перпендикулярной к оп-
тической оси и расположилась против середины конденсора. Для
установки лампы в 300 W руководствуются положениями II—VI
изложенных выше правил или указаниями, данными в таблице
(пункт 1).
Зеркало к этой лампе устанавливают так, чтобы получить на
экране (при отодвинутом на должное расстояние объективе) вто-
86
£ /5, U
В
Рис. 77. Правильное поло-
жение кинопроекционной
лампы на 12 V относитель-
но первой линзы В (вы-
пукловогнутой) сложного
конденсора.
рое изображение зигзага нити, смещён-
ное относительно первого (рис. 78, II).
Вопрос о центрировании света ки-
ноламп на 12 V и на 120 W изложен
также в § 21.
14. Карбидная (ацетиленовая) лампа.
На рисунке 79 показана карбидная
(ацетиленовая) лампа, которую прихо-
дится применять в проекционном фо-
наре при отсутствии электрического
освещения в школе. Достаточно яркое
для проектирования пламя в этой го-
релке получается при горении газа
ацетилена, выделяющегося из карбида
кальция при действии на него воды.
Для получения газа служит устрой-
ство А, называемое генератором; аце-
тилен сгорает в рожке J горелки В.
В состав генератора входят: резервуар
С, в котором помещается ведёрко D,
куда засыпают карбид; бачок Е для
воды с винтом — для регулировки её
подачи (рис. 79, III).
Существует несколько различных конструкций ацетиленово-
го генератора, поэтому они не описываются. К лампе обычно при-
ложена инструкция по зарядке карбидом и управлению ею.
После использования генератора и горелки их надо разо-
брать, вычистить, вымыть и высушить.
Рис. 78. Изображения на экране нитей накала лампочек на 12 V и 120 V
при правильном расположении зеркала.
Изображение: Ъ — от конденсора, а — от рефлектора.
Центрирование света ацетиленовой горелки производится точ-
но так же, как при электрических лампах.
§ 13, 15, § 14, 1
87
15. Уход за проекционными приборами. Для проекционных
фонарей желательно сшить чехлы из плотной материи для защиты
от пыли, главным образом, их «оптики».
Как линзы, так и зеркало требуют само-
го бережного обращения и ухода. Стёкла
следует периодически протирать посред-
ством кусочка замши или самой мягкой (сти-
раной) и безусловно чистой тряпочкой.
Протирание пальцами, а тем более первой
попавшейся под руки тряпкой, хотя бы
чистой, недопустимо, так как может привес-
ти к образованию царапин, в особенности на
стёклах, сделанных из плексигласса. Зерка-
ла в случае запыления обмахивают мягкой
волосяной кисточкой или очень осторожно
протирают мягкой тряпочкой. При образо-
вании на зеркалах пятен иногда помогает
обмывание их поверхности спиртом с после-
дующим протиранием их сухой тряпочкой.
§ 14. Технические модели.
1. Назначение и виды моделей. Вопрос о
назначении и видах технических моделей
подробно рассмотрен в т. Л, § 17. Поэтому
здесь мы ограничимся описанием конструк-
ций некоторых из них (паровая машина,
двигатель внутреннего сгорания, водяные
турбины, насосы и др.). Упрощенные мо-
дели, изготавливаемые своими силами,
описаны вт. III.
Рис. 79, III. Уст-
ройство генератора.
88
§ t4, 2
Рис. 80. Модель парового котла и
вертикальной паровой машины с
золотниковой коробкой.
Рис. 81, 1. Упрощенная модель
паровой машины с качающимся
цилиндром.
2. Паровые машины и парораспределительные механизмы. Мо-
дели паровых машин по своему внешнему виду напоминают ма-
шины, применяемые в технике. Котлы у наиболее совершенных
моделей имеют соответствующую арматуру, как-то: манометр,
водомерное стекло, предохранительный клапан, насос для по-
дачи воды, свисток и т. п. Паровая
машина такой модели содержит
паро распределительный меха-
низм — золотниковую коробку,
коленчатый вал, эксцентрик и
маховик (рис. 80). Благодаря
этому модель с большим успехом
находит себе применение при
рассмотрении устройства паровой
машины. В настоящее время
промышленностью выпускается
упрощенная модель, показанная
на рисунке 81. 1. Парораспреде-
Рис 81, II. Устройство цилиндра
упрощенной паровой машины.
ление производится без помощи
золотниковой коробки посред-
ством качающегося цилиндра
(рис. 81, II).
Перед пуском в ход моделей надо прежде всего убедиться, что
предохранительный клапан находится в полной исправности, ина-
§ 3
89
че возможен взрыв котла. Для такой проверки следует насосом
Шинца (рис. 206) продуть воздух через отверстие для наливания
воды. Если клапан в исправности, то
станет выходить наружу. В случае
загрязнения клапана его надо самым
тщательным образом очистить, не при-
бегая при этом ни к ножу, ни к на-
ждачной бумаге, чтобы не сделать на
клапане царапин. До пуска в ход необ-
ходимо также смазать подшипники у
паровой машины и убедиться, что её
вал с маховиком сравнительно сво-
бодно поворачивается от руки.
После проверки клапана и смазки
наливают в котёл воды так, чтобы её
уровень поднялся почти до верха. Го-
релку наполняют денатурированным
или древесным спиртом (не кероси-
ном!) и, поставив горелку в топку,
зажигают. Так как механизм паровой
машины может оказаться на мёртвой
точке, то после пуска пара в цилиндр
следует подтолкнуть маховик от руки.
Промышленностью выпускалась так-
же паровая турбина (рис. 82, I и II).
Достоинство модели заключалось в зна-
воздух, приподняв его,
Рис. 82, I. Упрощенная
модель активной паровой
турбины.
чительной величине турбины и глав-
ное в том, что, сняв крышку, мож-
но увидеть устройство ротора.
Модели парораспределительных ме-
ханизмов, выпускаемые промышлен-
ностью, настолько несовершенны в демонстрационном отно-
шении (рис. 83), что им следует предпочесть самодельные или
даже печатные таблицы: «Устройство паровой машины». При-
водятся в действие модели вращением рукоятки.
3. Двигатель внутреннего сгорания. Большой интерес для
школ представляет собой действующая модель авиационного мо-
торчика, сконструированная для летающих моделей (рис. 84).
Демонстрация этой модели, приводящей в быстрое вращение
пропеллер, производит исключительно сильное впечатление
на учащихся при её демонстрации на уроке или при кружковых
занятиях.
Двигатель состоит из цилиндра с картером Л, карбюратора
В, бака для горючего С и индукционной катушки, служащей
для получения искры в свече Е. Для питания индукционной ка-
тушки необходима батарейка от карманного фонарика или 2—3
элемента или аккумулятора. Двигатель— двухтактный (а не че-
90
$ 14, 3
Рис. 82, II. Устройство упрощенной модели паровой турбины.
Рис. 83, I. Модель парораспределительного механизма с золотниковой
коробкой.
тырёхтактный!); поэтому его приходится применять лишь для
демонстрации действия, а не для объяснения его устройства. За
недостатком места отказываемся от описаний устройства и правил
пуска его в ход, отсылая преподавателя к инструкции, прилагае-
мой к модели при продаже.
§ м, 3
91
Рис. 83, II. Модель парораспределительного механизма с золотником в виде
двух поршней.
Модель механизма двигателя внутреннего сгорания полу-
чила значительное распространение в школах
несмотря на свои крупные не-
достатки, весьма нужным при-
бором при изучении четырёх-
тактного двигателя (рис. 85).
Посредством рукоятки, поме-
щённой сзади прибора, приво-
дится во вращение вал с кри-
вошипом А, действующим на
шатун В поршня и заставляю-
щим последний перемешаться
попеременно вверх и вниз. На
этом*же валу помещена шестер-
ня 4, сцеплённая с двумя дру-
гими шестернями 1 и 2, снаб-
жёнными кулачками. При. со-
ответствующих движениях ку-
лачков происходит открывание
и закрывание впускного и вы-
пускного клапанов. В том
месте, где помещается свеча,
поставлена лампочка от карман-
и является,
92
кого фонарика, зажигающаяся в начале третьего такта в момент,
соответствующий вспышке. Лампочка требует батареи в 3—4 V,
присоединяемой к соответству-
ющим клеммам, имеющимся на
корпусе модели.
Рис. 85, I и II. Модель механизма двигателя внутреннего сгорания
(клеммы + и — служат для включения батареи).
Корпусу модели придана объёмная форма, и в широкой ме-
ре применена раскраска отдельных частей для их выделения.
Существенным недостатком модели является то, что клапаны
сами по себе плохо видны, и это делает мало заметными их дви-
жения.
Свечу от двигателя внутреннего сгорания можно легко достать
в любом гараже.
4. Водяные турбины. На рисунке 86 показана модель налив-»
ного и подливного колёс. Для демонстрации наливного колеса
жолоб А, на который льют воду, помещён сверху; при показе под-
ливного пользуются бачком В, с отверстием, закрываемым за-
движкой С. В первом случае вода, заполняя ковши, приводит ко-
§ 14, 1
93
лесо во вращение своим весом; во втором — используется кине-
тическая энергия воды, текущей по жолобу D.
Модель водяной турбины Пельтона имеет достаточно крупные
размеры и, главное, стеклянные стенки, что позволяет хорошо
видетьеё внутреннее устройство; она служит весьма ценным посо-
бием (рис. 87). Для приведения её в движение пользуются водо-
проводом, присоединяя её сопло А к водопроводному крану по-
средством резиновой трубки. Для выхода отработанной воды слу-
жит патрубок, на который надевают широкий резиновый шланг,
взятый, например, от старого противогаза. При демонстрациях,
Рис. 86. Подливное и наливное колесо.
чуть отвернув кран, получают сначала настолько слабую струю,
чтобы вращение колеса происходило медленно, иначе вследствие
быстрого вращения увидеть что-либо трудно. Затем, открывая
кран сильнее, постепенно увеличивают скорость до максимума.
Предел при этом наступает, когда отработанная вода перестаёт
успевать вытекать через водоотводящий патрубок.
Описанная турбина Пельтона развивает сравнительно значи-
тельную мощность, благодаря чему от неё можно приводить в дей-
ствие небольшую динамомашину, например, велосипедную. Уход
за турбиной выражается в удалении воды после приведения её
в действие, для чего приходится снимать хотя бы одно стекло со
стороны, противоположной шкиву. Для этого отвёртывают вин
ты С, удерживающие лапки. У турбины необходимо периоди-
чески смазывать подшипники. Может случиться, что вал разрегу-
лируется; тогда отвёртывают крышку подшипника и посред-
94
§ 14, 5 - 6
ством отвёртки, вставленной в шлиц (т. е. в прорез, подобный
имеющемуся у шурупов), вращают подпятник (рис. 88). На кон-
це этого подпятника, обращённого к валу, сделана конусооб-
разная выточка, в которую входит конус, имеющийся на конце
вала турбины. Подпятник, имея на своей поверхности винтовую
резьбу, может быть при своём вращении отвёрткой приближен
или удалён от конуса вала. Его поворачивают настолько, чтобы
Рис. 87. Модель турбины Пельтона.
вал потерял способность к смещениям, перпендикулярным к его
оси (наверх, вниз, вправо или влево), но при этом легко повора-
чивался вокруг своей оси.
5. Водяные насосы. Лучшими моделями являются сделанные
из стекла и укреплённые на железных штативах (рис. 89—90).
Клапаны конусообразной формы сделаны из жёлтого стекла и
поэтому хорошо видны (рис. 91). Для плотного прилегания к стен-
кам цилиндра поршень обматывают ниткой. Если нитки высох-
ли, то насос не сможет работать до тех пор, пока их не смочат.
6. Разные модели. 1) Детские игрушки. Препо-
давателю следует приобретать некоторые детские игрушки, осо-
бенно те из них, которые могут служить для демонстрации физи-
ческих явлений как в классе, так и при кружковой работе (планёр,
парашют, лодочка с реактивным паровым двигателем, волчок, мо-
§14, о
95
Рис. 88, I и II. Устройство подпятника у модели турбины Пельтона.
Рис. 89. Стеклянная модель водяно-
го всасывающего насоса.
(2 — впускной клапан; 2 — поршень с
клапаном).
Рис. 90. Стеклянная модель водяно-
го нагнетающего насоса.
1 — впускной клапан; 2 — поршень; 3 —
выпускной клапан, А — воздушная «по-
душка».
дель самолёта, ванька-встанька и др.). Приобретение какой-либо
заводной игрушки, например, автомобиля или паровоза, нуж-
но признать необходимым при изучений вопроса об упругой энер-
96
$ 14, 6
гии и механическом движении. Интересно показать учащимся
движущиеся модели электрического трамвая или электровоза и
Рис. 91. Устройство клапанов
из стекла.
ных механизмов (ремённая,
мых как для демонстраций
танка на гусеничном ходу.
Вообще преподаватель среди
игрушек может найти весьма
полезные приборы для изучения
физики. (Об игрушках и их ис-
пользовании — см. т. 1, §§ 17 и 49,
7, рис. 23 и 110—ИЗ, а также
т. 111.)
2) Набор «Конструк-
тор» является исключительно
ценным пособием, так как позво-
ляет из отдельных деталей собрать
самые разнообразные модели ма-
шин-орудий (тележка, ворот, подъ-
ёмный кран и др.) и передаточ-
зубчатая, фрикционная), необходи-
в классе, так и при работе в круж-
Рис. 92, II. Модель подъёмного крана,
собранная из деталей набора «Кон-
структор».
Рис. 92, I. Модель ремённой
передачи, собранная из дета-
лей набора «Конструктор».
ках (рис. 92—93). К набору прилагается электромотор, работаю-
щий через трансформатор от сети освещения (рис. 383, 1 и 11).
3) Ш а р и к о - и роликоподшипники служат объ-
ектом демонстрации при изучении трения (рис. 94) (см. т. 1,
рис. 19).
3
Рис. 93. Важнейшие детали из набора «Конструктор»:
1 — Уголковое железо: 2, 3 и 6 — болты с гайками; 4 — полосовое железо; 5 и 17 — на-
кладки угловая и плоская; 7 и 8 — оси; 9— чстановочное кольцо и 18 — муфта соеди-
нительная; 10 — шкив желобчатый; и — плита; 14 — рейка зубчатая; 15 и 16 — колеса;
19 — колесо железнодорожное.
7 Е. Н. Горячкин
98
£ /5, 1—2
Рис. 94. Шарикоподшип-
ник (кольцо и часть
обоймы показаны выре-
занными).
§ 15. Измерительные приборы.
1. Виды измерительных приборов.
К числу наиболее важных и часто приме-
няемых в семилетней школе приборов
принадлежат: весы (рис. 95—99); динамо-
метры (рис. 103—105); термометры (рис. 106)
и электрические измерительные при-
боры (рис. 110—ИЗ). Здесь мы рассмот-
рим наиболее употребительные виды этих
приборов, дополнив описание в соответ-
ствующих местах при изложении примене-
ния их для опытов и лабораторных работ.
2. Аптекарские весы. В семилетней
школе находят себе применение три
вида весов: аптекарские (рис. 95), Беран-
же (рис. 97) и демонстрационные (рис. 98).
Кроме того, в физическом кабинете ока-
зываются полезными технические весы (рис. 99).
Из аптекарских весов лучшими являются весы с плоскими чаш-
Рис. 95. Весы аптекарские.
ками. Аптекарские весы (рис. 95)
для проведения демонстрационного
эксперимента мало пригодны и на-
ходят себе применение при лабора-
торных работах. Устройство аптекар-
ских весов просто и общеизвестно.
При уходе за весами следует
Рис. 97. Весы Беранже.
Рис. 96. Схема устройства весов Беранже.
£ /3, 3
99
периодически производить очистку их призм от пыли и грязи.
При пользовании весами во избежание порчи призм и потери
чувствительности не следует перегружать весы взвешиванием гру-
зов по величине больше предела, указанного на коромысле ве-
сов. Чувствительность аптекарских весов бывает обыкновенно
0,01 г, -Для аптекарских весов в продаже существуют специаль-
ные штативы А; при отсутствии последних могут также быть
использованы с успехом обыкновенные лабораторные штативы
(рис. 50).
3. Весы Беранже. Схема устройства весов Беранже приведена
на рисунке 96; внешний вид их показан на рисунке 97.
Весы Беранже до 2 кг находят себе применение в лаборатор-
ных работах: для демонстрационного эксперимента следует иметь
7*
100
$ 15, 4—5
весы до 10 кг, лучше с плоскими «чашками». Чувствительность
весов Беранже достигает обычно 0,5 г, но хорошо отрегулирован-
ные весы чувствуют 0,1 г. При пользовании весами нагрузка вы-
ше предельной нежелательна, так как приводит к уменьшению их
чувствительности. Перед пользованием весами следует убедить-
ся, что призмы не выскочили из своих опорных подушек, что слу-
чается довольно часто, обыкновенно после переноски весов с мес-
та на место. Уход за весами сводится к очистке от грязи, которая
легко накапливается на подушках.
Рис. 99. Весы технические и их детали.
4. Весы демонстрационные. Для демонстрационных весов, кро-
ме сравнительно крупных размеров, характерно наглядное рас-
положение их деталей, позволяющее легко объяснить назначение
и устройство отдельных частей, в том числе и арретира (рис. 98).
Одна или обе чашки В, В весов могут быть заменены укороченными
чашками А, А, снабжёнными снизу крючком для подвешивания ве-
дёрка Архимеда или какого-нибудь тела. Уширение на конце стрел-
ки и крупная шкала обеспечивают видимость на значительном
расстоянии как колебаний стрелки, так и наступления равно-
весия. Чувствительность весов достигает 0,5 г, иногда 0,1 г.
5. Весы технические. Иметь один экземпляр технических весов
в семилетней школе необходимо (рис. 99). Такие весы, по-
мимо того что дадут возможность преподавателю для тех или иных
своих нужд производить сравнительно точные взвешивания,
§ 75, 3
101
Правила обращения с техническими весами:
I. Буквы П и Л, выдавленные на серьгах В (подвесах
для чашек) и чашках А, обозначают сторону коромысла (пра-
вую или левую от стрелки), на которую должны быть под-
вешены эти части.
II. Перед взвешиванием прежде всего производится
установка весов по имеющемуся отвесу F при помощи уста-
новочных винтов Е. Установка весов может считаться
произведённой правильно, если остриё гирьки отвеса F
окажется против острия указателя (рис. 99, III).
III. Разарретировав весы, следует убедиться, что нуле-
вое положение стрелки (т. е. положение покоя в предполо-
жении отсутствия трения) соответствует примерно среднему
делению шкалы, для чего производятся отсчёты отклонений
стрелки вправо и влево. Если нулевое положение окажется
сильно не совпадающим со средним делением шкалы, то
для совмещения их перемещают путём вращения грузик D,
изменяющий центр тяжести коромысла.
IV. Все операции с весами — подвешивание серёг и чашек,
наложение взвешиваемого груза и разновесок, а также
корректирование нулевого деления — безусловно необходимо
производить, предварительно арретировав весы. При пере-
носке весы также должны быть арретированы; чашки же
при этом следует слегка придерживать пальцами.
V. Если при разарретировании чашки весов оказываются
приведёнными в колебательное движение, то колебание сле-
дует прекратить, прикасаясь к чашкам мягкой кисточкой
или шолоской бумаги.
VI. Нельзя производить взвешивание мокрых сыпучих
тел, а тем более каких-либо химикалиев, помещая их не-
посредственно на чашки весов. Взвешивание таких объектов
следует делать, пользуясь какой-либо тарой или, только
в крайних случаях, положив на чашки весов бумажные
кружки одинакового размера.
102
£ /5, 6
Рис. 100, I. Разновес латунный.
М иллиграммы
Рис. 102. Как следует
брать разновески.
Рис. 100, II. Разновески от 10 мг
до 500 мг.
Рис. 101. Разновес керамический.
окажутся полезными для
замены демонстрационных
весов при их отсутствии.
Кроме того, для некото-
рых опытов (взвешивание
воздуха, обнаружение
большей весомости угле-
кислого газа по сравне-
нию с воздухом и т. п.)
демонстрационные весы и
весы Беранже оказывают-
ся недостаточно чувстви-
тельными.
На рисунке 99 пока-
заны технические весы
Главучтехпрома, допуска-
ющие взвешивание гру-
зов до 500 г с точно-
стью до 0,05 г. При хра-
нении технические весы
следует защищать от пыли, даже при нахождении их в шкапу.
Рекомендуется для весов сшить из плотной материи или клеёнки
чехол соответствующего размера.
6. Гири и разновес. Набор чугунных гирь от 10 кг до 200 а
(10 кг, 5 кг, 2 кг, 1 кг, 500 г, 200 г) необходим не только
для взвешивания, но и применения их для различных це-
лей.
§ М, 7
103
Для демонстрационных взвешиваний следует иметь раз-
новес от 500 г до 10 мг (рис. 100, I). Для лабораторных ра-
бот применимы разновесы от 200 г до 10 мг (рис. 100, II).
Керамический разновес (рис. 101) можно брать и наклады-
вать на весы непосредственно рукой, что совершенно недо-
пустимо для латунного разновеса. В последнем случае необ-
ходимо применять пинцет для разновесок от 50 г и меньше;
гири, большие' 50 г, следует брать рукой через бумажку
(рис. 102).
7. Динамометры. Динамометры служат для измерения сил.
Наиболее распространены в школах динамометры типа пружин-
ных весов — безмены (рис. 103). Они находят себе применение для
Рис. 103. Динамометр
пружинные весы.
ный конец пружины
лабораторных работ,
но им следует пред-
почесть более дешё-
вые и показатель-
ные лабораторные
динамометры, скон-
струированные Баку-
ши неким (рис: 104).
Для демонстрацион-
ного эксперимента
«пружинные весы»
непригодны. Лучши-
ми при демонстра-
циях являются де-
монстрационные ди-
намометры, внешний
вид и устройство
которых показаны
на рисунке 105. Из-
мерение силы про-
изводится у таких
динамометров по ве-
личине изгиба сталь-
ной прямой пружины
(полоски), ВВ, укре-
плённой неподвижно
на одном своём кон-
це. Сила, прилагае-
мая к верёвке, дей-
ствует на свобод-
но верёвке, перекинутой
Рис. 104. Динамо-
метри Б а к у ш и н-
с к о г о для лабо-
раторных работ.
через ролик С
со стрелкой. Винт D служит для корректирования, т. е. для уста-
новки стрелки на нуль. Динамометр закрепляется в лапке лабо-
раторного штатива посредством зажимания штыря, имеющегося
сзади корпуса динамометра.
104
§ 15, 8—9
Рис. 105. Устройство де-
монстрационного динамо-
метра. Ролик для верёвки
делается двойным; один из
роликов Е служит для ве-
рёвки, идущей от пружины,
и другой С для верёвки,слу-
жащей для измерения силы.
8. Термометры. Термометры демонстрационного типа для опы-
тов, отличающиеся своими крупными размерами (длина до 1 м)
и ясно видимой издали шкалой, нашей промышленностью не вы-
пускаются. Поэтому при демонстрациях приходится пользовать-
ся обычным лабораторным термометром со шкалой из молочного
стекла (рис. 106). Отсчёты по ним должен делать сам учитель;
учащиеся же, не видя делений шкалы, принимают отсчёты на ве-
ру. Для лабораторных ра-
бот такие термометры
вполне удовлетворитель-
ны. При ознакомлении уча-
щихся с устройством тер-
мометров полезно восполь-
зоваться настенным спир-
товым термометром круп-
ного размера (рис. 107).
9. Типы электрических
измерительных приборов.
Из электрических измери-
тельных приборов в семи-
летней школе находят себе
применение: демонстра-
ционный гальванометр
(рис. ИЗ); вольтметры
(рис. 112, I) и амперметры
(рис. 110—111) различных
типов. Вольтметры и ам-
перметры, употребляемые
в современной технике,
с бывают, главным образом,
трёх систем: магнито-элект-
рической (рис. 108, I),
электромагнитной (рис.
108, II) и тепловой (рис.
108, III). Эти системы отли-
чаются друг от друга прин-
ципами своего действия,
а следовательно, и устрой-
ством.
В магнито-электрической системе мерой тока или напряжения
служит угол поворота рамки Л, обмотанной проводом и помещён-
ной в магнитном поле постоянного магнита NS. Рамку в ней-
тральное (нулевое) положение устанавливают спиральные пружи-
ны С, которые препятствуют поворотам рамки. Поворот рамки по
часовой стрелке или против неё возникает за счёт силы взаимодейст-
вия двух магнитных полей: тока, текущего по обмотке рамки, и маг-
нита. Соединённая с рамкой стрелка указывает деления шкалы
(в вольтах или амперах). Магнито-электрическая система приме-
§ 15, 10
105
i'
нима исключительно для постоянного
тока и совершенно непригодна для пе-
ременного. Приборы магнито-электри-
ческой системы, помимо своей огром-
ной чувствительности по сравнению с
электромагнитными и тепловыми, обла-
дают ещё тем достоинством, что имеют
равномерные деления шкалы на всём её
протяжении (рис. ill, II).
В приборах электромагнитной сис-
темы стрелка прибора соединена с
якорем D из мягкого железа, удержи-
ваемого в известном положении спи-
ральными пружинами Е (рис. 108, II).
Этот якорь втягивается внутрь элек-
тромагнита F, по которому течёт из-
меряемый ток. Поршень Z), соединённый
с осью вращения прибора и способный
перемещаться внутри закрытой с одно-
го конца трубки, служит демфером
(успокоителем) (рис. 108, V). При-
боры электромагнитной системы при-
годны для измерений как постоян-
ного, так и переменного тока. Шка-
ла у них является неравномерной (рис.
Ill, I).
В тепловых приборах мерою тока
или напряжения служит удлинение
проводника АВ, нагреваемого изме-
ряемым током. На рисунке 108, III
показано схематическое устройство теп-
лового прибора. Тепловые приборы
обладают большей чувствительностью,
чем электромагнитные, но дают при из-
мерениях большую погрешность; шка-
ла их имеет неравномерные деления.
Рис. 107. Тер-
мометр для из-
мерения темпе-
ратуры наруж-
ного воздуха.
Применяют их
Рис 106 для измеРения переменного тока, но они оказываются
Термометр пригодными и для постоянного х).
для лабора- 10. Обозначения на электрических приборах. По
торных существующему стандарту на шкалах измерительных
работ. приборов употребляют следующие условные обозна-
чения— см. стр. 107.
Системы приборов обозначаются также буквами: магнито-
электрическая — М, электромагнитная —Э и тепловая —Т.
х) Подробности об устройстве измерительных приборов—см. Ф. Э.,
т. III, §§ 6, 8 и 9 и таблицу: Горячкин, «Электрические измерительные
приборы».
1
в
Рис. 108. Схема устройства электро-
измерительных приборов. маг-
нитоэлектрической (I), электромаг-
нитной (II) и тепловой (III) систем;
устройство механизмов магнитоэлект-
рической (IV) и электромагнитной
(V) систем.
$ 15, 77
107
Знак Значение знака
* — Прибор предназначен для постоянного тока
Прибор предназначен для переменного тока
Прибор предназначен для постоянного и пе- ременного токов
Система магнито-электрическая (рис. 108, I)
Система электромагнитная (рис. 108, II)
Система тепловая (рис. 108, III)
1 Прибор требует вертикальной установки
11. Вольтметры и амперметры. Описанные выше приборы
всех трёх систем могут служить для измерения как напряжения,
так и силы электрического тока. Механизм, включённый в
цепь последовательно, станет
метр); включённый же парал-
лельно участку цепи — на-
пряжение тока на этом уча-
стке. Так как провода, об-
разующие собой обмотку при-
боров, .могут без вреда для
себя пропускать через себя
ток не выше некоторого пре-
дела, то в амперметрах при-
меняют шунтирование (S) об-
мотки G; в вольтметрах по-
следовательно с обмоткой G
включают проволочные со-
противления R значительной
величины (рис. 109, I и II).
измерять величину тока (ампер-
Рис. 109. Схемы включения шунта у
амперметра(II)и сопротивления у вольт-
метра (I).
108
$ 13,
Рис. 110. Демонстрационный тепловой
амперметр.
Для демонстрационных
целей в школе приме-
няются вольтметр и ам-
перметр постоянного то-
ка, получаемые из опи-
санного ниже демон-
страционного гальвано-
метра посредством при-
соединения к нему со-
противления (рис. 114,
III) или шунта (рис.
114, I) (см. раздел
12).
Демонстрационные
вольтметр и амперметр
тепловой системы, по-
казанные на рисунке
110, употребляются для
переменного тока. Но
так как погрешности,
даваемые ими при из-
мерениях, относительно
велики, то их можно
применять лишь при
грубых ориентировоч-
ных измерениях. По-
лезны они в качестве
самостоятельных объ-
ектов для демонстрации устройства тепловых приборов.
Для измерений напряжения и тока, в чём преподаватель час-
то будет нуждаться, следует
завести технические измери-
тельные приборы, употребляе-
мые для установки на распре-
делительных щитах (рис. 111, I).
Подобные приборы выпуска-
ются Главучтехпромом в смон-
тированном виде на деревян-
ных угловых панелях и снаб-
жены клеммами для включения
в цепь (рис. 54). Шкалы у при-
боров отчасти вырезаны, чтобы
показать внутреннее устрой-
ство их механизмов, что важ-
но для демонстрационных це-
лей. Система этих приборов
обозначается на шкале—ука-
Рис. Ill, I. Амперметр для распре-
делительного щита электромагнит-
ной системы (Э. Н.).
£ 15, 11
109
занными выше (стр. 107)
знаками, в каталогах —
буквами М,Э и Т (§ 15,
10). Буквы, поставлен-
ные после М, Э и Т,
обозначают:
Н —нормальный раз-
мер цоколя (185 мм);
М — малый размер
цоколя (135 мм);
П — прибор лабора-
торного типа (перенос-
ный).
На рисунке 111 по-
казаны приборы ЭН —
(электромагнитный нор-
мальный) и МП (маг-
нитоэлектрический пе-
реносный). Для лабора-
торных работ имеются
в продаже специальные
приборы: вольтметр со
шкалой до 8 V и ампер-
метр до 5 А с делени-
ями до десятых долей
(рис. 112). Эти приборы
электромагнитной систе-
Рис. Ill, II. Амперметр для точных изме-
рений в лаборатории со шкалами до 10 А,
1 А и 0,1 А, магнитоэлектрической системы
(М. П.).
мы со втягивающимся железным сердечником С. Сердечник С, имею-
щий форму, напоминающую букву S, укреплён на одной оси. со
стрелкой. В положении, соответствующем нулевому делению шка-
Рис. 112. Прибор для лабораторных работ завода «Конструктор» и устройство
механизма прибора.
110
§ 15, 71
Рис. ИЗ. Устройство механизма уни-
версального демонстрационного галь-
ванометра:
А — поворачивающаяся катушка; В — желез-
ный цилиндр; С — пружинка; F—стрелка; Е—
противовесы для балансирования стрелки.
лы (стрелки), сердечник ус-
танавливается благодаря по-
стоянному стальному магни-
ту TVS. Таким образом, по-
стоянное магнитное поле бу-
дет противодействовать от-
клонению (повороту) сердеч-
ника от этого положения.
При пропускании через ка-
тушки А и В тока сердечник
втягивается внутрь'тем боль-
ше, чем сильнее текущий в
них ток. При пользовании
приборами важно, чтобы
вблизи них не находилось
сильных магнитов, так как
в противном случае послед-
ние станут изменять величину
поля постоянного магнита,
что приведёт к искажению
показаний приборов. Точно
так же при пользовании одно-
временно амперметром и
вольтметром нельзя поме-
щать их ближе 5 см друг от
друга. Крупный недостаток
приборов заключается в том,
что постоянные магниты у них с течением времени несколько
размагничиваются, и приборы начинают давать неверные (умень-
шенные) показания. При хранении приборов следует обращать
внимание на то, чтобы вблизи них во избежание порчи не нахо-
дилось магнитов.
Более подробное изложение вопросов об электрических изме-
рительных приборах — см. в книге Ф. Э., т. III, § 9.
Рис. 114. Включение шунта (амперметр — I и II) и сопротивления (вольт-
метр— III) к демонстрационному гальванометру.
f 15, 12'
111
12. Демонстрационный универсальный гальванометр. Демон-
страционный гальванометр является универсальным прибором,
так как он пригоден не только для обнаружения слабых постоян-
ных токов, но и для демонстрационных измерений напряжения
и силы постоянного тока, т. е. может быть использован как вольт-
метр и как амперметр (рис. ИЗ и 114).
Для измерений переменного тока гальванометр как таковой
или в качестве вольтметра и амперметра является безусловно
непригодным, так как имеет механизм магнитоэлектри-
ческой системы (§ 15, 9). При включении к гальванометру по-
следовательно купроксного столбика прибор становится пригод-
ным для измерения напряжения и силы слабого переменного
Рис. 115. Купроксный столбик, включаемый последовательно к механизму
демонстрационного гальванометра для измерения последним переменных
токов и переменного напряжения.
тока (рис. 115). Нуль шкалы гальванометра располагает-
ся посредине, что позволяет не только включать его любым обра-
зом к полюсам источника тока, но и по отклонению стрелки
(вправо или влево от нуля) судить о направлении тока, что, в част-
ности, даёт возможность применять прибор для определения по-
люсов того или иного источника тока. Шкала гальванометра по
ту и другую сторону от нуля содержит по 10 делений.
Непосредственное присоединение гальванометра без после-
довательного включения соответствующих значительных сопро-
тивлений ни к гальваническим элементам, ни к аккумуляторам,
ни тем более к осветительной .сети является совершенно недопус-
тимым, так как безусловно приведёт его к гибели в результате
сгорания обмотки.
К демонстрационному гальванометру при его продаже прилага-
ются три приставки: два шунта и катушка добавочных сопротив-
лений (рис. 114). Шунт представляет собой проводник малого
112
£ /в, 1
сопротивления, включаемый параллельно механизму гальвано-
метра и позволяющий только малой доле электрического тока от-
ветвляться и течь через гальванометр. Большая же часть тока,
подведённого к гальванометру, протекает через шунт. Один из
шунтов превращает гальванометр в амперметр, у которого вся
шкала соответствует 1 А; другой — 10 А. Способы включения
шунтов к гальванометру ясны из рисунка 114, 1 и II.
Катушка добавочных сопротивлений содержит в себе две об-
мотки, соединённые между собой последовательно, одну с мень-
шим и другую с большим сопротивлением. Включая эту катушку
к гальванометру последовательно двумя способами (рис. 114,
III), превращают его тем самым в вольтметр со шкалой, соответ-
ствующей или 1 V, или 10 V.
§ 16. Приборы для лабораторных работ.
1. Перечень приборов для лабораторных работ. Приборы для
лабораторных работ предназначены для индивидуальных наблю-
дений и поэтому в противоположность демонстрационным имеют
сравнительно небольшие размеры. В своей конструкции они не
имеют тех специфических особенностей, которые характерны
для демонстрационных приборов (§ 11, 2). Для работ качествен-
ного порядка, весьма немногочисленных, применяются обычно
самодельные упрощенные приборы, изготовление которых труд-
ностей не представляет. Большая часть лабораторных работ—
измерительного характера и поэтому требует измерительных при-
боров: весов, динамометров, термометров, амперметров, вольт-
метров и т. п.
Наиболее крупным препятствием для широкого распростра-
нения в школах лабораторных работ являлась сравнительно
большая стоимость всей необходимой аппаратуры. С выпуском
промышленностью упрощенных приборов Бакушинского: динамо-
метр, трибометр, оптическая скамья и др., доказавших свою ме-
тодическую ценность на практике, а также школьных лаборатор-
ных вольтметра и амперметра организация лабораторных работ
в школе стала возможной во всём объёме, требуемом програм-
мами.
Для проведения лабораторных работ в семилетней школе
требуются следующие приборы (стр ИЗ).
Все перечисленные приборы требуются в одном экземпляре на
каждое звено (в 2—3 человека), и, следовательно, их количество
определяется общим числом учащихся в классе. Исключение со-
ставляют наборы тел из различных металлов, которых достаточ-
но иметь 3—4 экземпляра. Приобретение лабораторных приборов
может быть проведено за ограниченностью средств лишь по-
степенно; поэтому в списке указана наиболее рациональная оче-
рёдность в их приобретении. Все перечисленные выше лабора-
$ 16, 1
из
№№ п/п Очерёд- ность Название прибора №№ рисунков
1 1 Линейки, школьные масштабные рис. 462
2 1 Мензурки на 25 или 50 см3 рис. 469
3 1 Весы аптекарские или Беранже до 200 г рис. 95
4 1 Разновес керамический или латунный до 1 г рис. 100,1
5 1 Разновес миллиграммовый от 1 г до 10 мг рис. 100,11
6 2 Набор цилиндров из различных ме- таллов рис. 474
7 2 Динамометры по Бакушинскому рис. 104
8 2 Трибометры по Бакушинскому рис. 478
9 1 Стаканы химические, на 200 см3
10 1 Таганы или, лучше, лабораторные штативы рис. 49 и 50
11 1 " Сетки рис. 49
12 1 Спиртовки рис. 129, II
13 1 Калориметры —тонкостенные столо- вые стаканы рис. 485
14 1 Термометры лабораторные, от 0° до 100° рис. 106
15 1 Батареи из двух или, лучше, трёх элементов типа «Геркулес», или МВД, или аккумуляторные рис. 121 и 123
16 1 Лампочки от карманного фонарика с патронами, на панелях рис. 488
17 3 Звонки электрические, на угловых панелях рис. 55
18 1 Ключи электрические рис. 489
19 2 Вольтметры лабораторные рис. 112 и 5 0
20 2 Амперметры лабораторные
21 2 Провода, смонтированные на доске рис. 496
22 2 Стрелки магнитные рис. 342—343
23 2 U-образные магниты
24 2 Прямые магниты
25 2 Коробочки с ситом
26 2 Мешочки с железными опилками
27 3 Пластинки плоско-параллельные стеклянные рис. 511
28 3 Призмы стеклянные рис. 510
29 1 Оптическая скамья по Бакушинскому рис. 519
30 1 Лампочки керосиновые — коптилки рис. 520
31 4 Спектроскопы карманные рис. 446
В Е. El .Горячкин
114
16, 1
Рис. 116, I и II. Ящики подвижного фонда с приборами для лабораторных
работ: I — динамометры; II — U-образные магниты и якори к ним.
торные приборы позволят осуществлять число работ, не только
обеспечивающее выполнение программных требований, но и пре-
вышающее эти требования.
Об использовании приборов для лабораторных работ — см.
§60—71; об изготовлении — см. т. Ill, §§ 28—55.
£ 16, 2; § 17, 1
115
2. Хранение лабораторных приборов и подвижной фонд. При-
боры для лабораторных работ следует хранить отдельно от демон-
страционных, создав специальные комплекты. В этом случае ста-
нет возможна организация любой лабора-
торной работы в течение 5—8 минут и
свёртывание её в продолжение такого же
времени. Приборы следует комплектовать
не в виде целого набора, нужного для
постановки той или иной лабораторной
работы, а создавать комплект каждого из
приборов в отдельности, так как он мо-
жет явиться составной частью в несколь-
ких лабораторных работах.Для каждого из
комплектов надо изготовить специальный
ящик из фанеры с ячейками для помеще-
ния приборов (рис. 116, I и II). Такой
занумерованный ящик с комплектом не
только упорядочит хранение приборов,
но, главное, обеспечит быстроту распреде-
ления их по столам учащихся. Собира-
ние приборов после их использования в
работе производится также очень быстро,
если пользоваться ящиком. Если же ящи-
ки снабдить задвигающимися крышками,
а также ручками для переноски, то один
комплект подобного подвижного фонда
позволит обеспечивать лабораторными ра-
ботами несколько школ (рис. 116, III).
Такое своеобразное «кооперирование», осо-
бенно в местностях, разорённых войной,
Рис. 116, III. Транспор-
тировка приборов для
лабораторных работ из
одной школы в другую.
имеет огромное значение, позволяя ма-
териальные средства нескольких школ
соединить вместе и тем самым в один год
решить вопрос об обеспечении школ ла-
бо р ато рны ми з анятия ми. Н астоятел ьно
рекомендуем создание описанного подвижного фонда, проверен-
ного автором на практике в течение многих лет.
§ 17. Источники электрического тока.
1. Виды источников электрического тока. Источником электро-
энергии в школе служит” сеть электрического освещения
переменного или же, что бывает много реже, постоян-
ного тока. Однако, таким током, в особенности если он яв-
ляется переменным, можно обслужить сравнительно небольшое
количество опытов; подавляющее же большинство из них требу-
ет источников не только постоянного, но и н и з к о-
8*
116
£ /7, 2
вол ьтного тока. Поэтому как для демонстрационного
эксперимента, так в особенности для лабораторных занятий неиз-
бежно применение гальванических или аккумуляторных эле-
ментов. Аккумуляторы имеют то преимущество перед галь-
ваническими элементами, что после израсходования своей энергии
вновь возобновляют своё действие после зарядки электриче-
ским током. У гальванических элементов в таком случае прихо-
дится заменять электролит новым, подвергать пластины очистке
от окислов и амальгамировать цинк.
Однако, аккумуляторы, в особенности кислотные, требуют за
собой самого внимательного и, главное, непрерывного наблюдения;
в противном случае они быстро придут в негодность. Кроме то-
го, для зарядки аккумуляторов в кабинете приходится устана-
вливать выпрямитель, или мотор-генератор, или же возить их
периодически на зарядную станцию. Поэтому начинающему пре-
подавателю физики, в оссбенности если ему приходится организо-
вывать кабинет заново, надо рекомендовать на первое время при-
менение гальванических элементов. Впоследствии, когда работа
кабинета развернётся нормально, следует перейти к использова-
нию аккумуляторов как источников тока.
Выпрямители для зарядки аккумуляторов бывают различных
типов. Из них наибольшего внимания для школы заслуживают
1) электролитические — алюминиевые, как доступ-
ные для самостоятельного изготовления, и 2) купроксные,
не требующие за собой почти никакого ухода и чрезвычайно про-
стые в обращении с ними.
К числу выпрямителей надо отнести выпускаемый Главуч-
техпромом конвертер, или вращающийся преобразова-
тель трёхфазного тока в постоянный. Этот конвертер особенно
ценен тем, что позволяет применять выпрямленный ток (12—16V,
20 А) при демонстрациях (рис. 26).
Ниже приведены, за недостатком места, только такие сведения
об источниках тока, знание которых необходимо при уходе и
пользовании этими источниками. Указания, где можно найти
более подробные сведения, сделаны дальше в соответствующих
разделах.
2. Аккумуляторы щелочные и кислотныеЧ Аккумуляторы,
применяемые в современной технике, бывают двух типов: свин-
цовые, или кислотные (рис. 117), и железо-ни-
келевые, или щелочные (рис. 118). У свинцовых ак-
кумуляторов пластины состоят из свинца и его солей; электро-
литом служит 25-процентный раствор серной кислоты. У железо-
никелевых в состав пластин входят, железо и никель и их соли
(иногда соли кадмия); электролитом является 21-процентный рас-
твор щёлочи — едкого кали. Свинцовые аккумуляторы имеют со-
1) О зарядке аккумуляторов — см. § 72 и т. Ill, § 23.
£ /7, 2
117
суды из стекла или пластмассы; железо-никелевые — из никели-
рованного железа.
От пластин свинцового аккумулятора сквозь его крышку,
залитую асфальтом, выведены свинцовые толстые провода, присо-
единённые к клеммам. Эти клеммы во избежа-
ние окисления покрыты свинцом. В крышке
сосуда аккумулятора имеется отверстие,
Рис. 117. Батарея аккумуляторов свинцовых, или кислотных
4 V (I); II — пластины аккумулятора.
служащее для заливания электролита и выхода газов, образу-
ющихся при зарядке и разрядке,
резиновой (а не корковой!) пробкой,
ляторов клеммами, соединёнными
Рис. 118. Аккумуляторы железо-
никелевые, или щелочные.
Это отверстие закрывается
У железо-никелевых аккуму-
с пластинами, служат же-
лезные никелированные
штыри с гайками, поме-
щающимися на крышке.
Там же имеется отверстие,
закрытое железной за-
винчивающейся пробкой,
полой внутри и имеющей
в кольцеобразном углуб-
лении отверстие В малого
диаметра для выхода газов
(рис. 119, III). Резиновое
кольцо А, надетое на
пробку, служит клапаном,
который допускает выход
газов изнутри сосуда на-
ружу и препятствует про-
никновению воздуха к
электролиту аккумулято-
ра. Периодический осмотр
118
$ 17, 2
и очистка клапана от образующихся солей совершенно необходи-
мы, так как при его закупорке выделяющиеся газы раздуют на-
ружные стенки сосуда, и ак-
кумулятор примет характер-
ный бочкообразный вид.
При зарядке свинцовых
аккумуляторов, если в их
пробках не сделано узких
Рис. 119. 1 — вид части пластины «пакета» щелочного аккумулятора; II —
часть поверхности пакета в увеличенном виде; III — устройство клапана
в пробке железо-никелевого аккумулятора.
отверстий, следует пробки вынимать. Отвёртывать же пробки у
щелочных аккумуляторов ни в коем случае нельзя, так как
имеющийся в воздухе углекислый газ станет реагировать с элек-
тролитом, превращая едкое кали в поташ (2 KQH -|-СО2—?
= К2СО3Ц-Н2О) и тем самым портить раствор г).
Снаружи как стенки сосудов железо-никелевых аккумулято-
ров, так и их крышек покрыты
щищающей железо от обра-
зования ржавчины и служа-
щей, кроме того, для изоля-
ции сосудов друг от друга, от
земли и от каких-либо метал-
лических поверхностей. Если
этот изолирующий слой по-
чему-либо окажется разру-
шенным, то в условиях
школьного физического ка-
бинета нет надобности во-
зобновлять изоляцию.
Полюсы аккумуляторов
у свинцовых аккумуляторов
массой воскообразного вида, за-
Рис. 120. Короткое замыкание у
железо-никелевого аккумулятора.
иногда обозначаются посредством
окрашивания положительного полюса красной краской, чаще
же выдавленными на сосудах знаками и —. У щелочных
аккумуляторов на крышке их около клемм выштампованы
х) О приготовлении раствора — см. т. III, § 23 и 24.
§ 17, 3
119
знаки полюсов. Важно заметить, что сосуд железо-никелевого
аккумулятора соединён с его положительными пластинами, по-
чему находится под током. Поэтому при неаккуратном при-
соединении провода, лишённого изоляции, к отрицательной
клемме его конец может прийти в соприкосновение с сосудом,
и тогда участок АВ провода замкнёт аккумулятор накоротко
(рис. 120). Провод при этом раскалится и может сгореть;
короткое же замыкание повредит аккумулятор. По указанной
выше причине соединённые между собой последовательно акку-
муляторы нельзя ставить на какие-нибудь металлические под-
ставки, так как возникнет короткое замыкание.
3. Сравнительные данные кислотных и щелочных аккумулято-
ров. Щелочные аккумуляторы в одних отношениях имеют преи-
мущество перед кислотными, в других, наоборот, уступают им.
Для сравнения щелочных и кислотных аккумуляторов приво-
дим следующие данные:
Щелочные (железо-никелевые) аккумуляторы Кислотные (свинцовые) аккумуляторы
1. Напряжение около 1,2 V 1. Напряжение почти в l1^ раза выше и равно около 1,8 V
2. Внутреннее сопротивление боль- ше, чем у кислотных одинаковой ёмкости
3. Короткое замыкание не вызы- вает гибельных последствий 3. При коротких замыканиях пластины коробятся, активная мас- са выпадает — аккумулятор прихо- дит в негодность
4. Зарядка аккумуляторов может быть произведена в течение четырёх часов 4. Требуют более длительного периода зарядки
5. Сосуды (железные) и пластины по большей части не портятся при опрокидывании аккумулятора, ударе или даже падении его 5. Сосуды (стеклянные или из пластмассы) и пластины .разбива- ются, а последние так же изгиба- ются— при тех же условиях
6. Не даёт едких испарений 6. Образует пары серной ки- слоты
7. Выделение газов водорода и кислорода наступает задолго до окончания зарядки 7. Выделение газов наступает в конце зарядки и может служить признаком её окончания
8. Электролит (раствор- едкого кали) нуждается в замене 1 раз в год 8. Электролит (раствор серной кислоты) не требует смены, но до- полняется по мере испарения де- сти ллированной водой
120
£ 17, 4
Рис. 121, II. Элемент Леклан-
ш е наливной для сильных то-
ков — «Геркулес».
Рис. 121, I. Элемент Леклан-
ш е наливной для слабых токов.
4. Аккумуляторы для школы и их монтаж,
свинцовых аккумуляторов наиболее подходящими
лы являются батареи накала для радиоламп,
Из числа
для пи;о-
состоящие
Рис. 122.
Элемент Грене.
из двух аккумуляторов, соединённых меж-
ду собой и помещённых в общем сдвоен-
ном сосуде- (рис. 117,1). Напряжение
такой батареи около 4 вольт. Батареи
бывают различной ёмкости: для школы
желательно иметь две батареи ёмкостью
в 40—60 ампер-часов. Для лабораторных
занятий применение свинцовых аккумуля-
торов нежелательно, так как возможны ко-
роткие замыкания. В школьных условиях
как для демонстрационного эксперимента t
так, главное, для лабораторных занятий
наиболее подходящими являются батареи из
щелочных аккумуляторов. Желательно для
демонстрационных опытов завести две бата-
реи — каждую из трёх аккумуляторов ёмко-
стью по 40—60 ампер-часов и соответствую-
щее число (по количеству звеньев учащихся
$ 17, 5
121
при лабораторных занятиях) малых батарей ёмкостью по 10 ампер-
часов. Аккумуляторы по 3 штуки необходимо поместить в де-
ревянные ящики, изолировав сосуды друг от друга проклад-
ками из парафинированного картона. При этом раз навсегда
следует сделать последовательное соединение элементов в каж-
дой батарее, выполнив его отрезками провода П. Р. (в резиновой
изоляции), употребляемым для проводки электрического освеще-
Рис. 123. Элементы сухие и сухоналивные различного типа: В Д (воздушная
деполяризация) и др. Батарея (КАВ) из трёх элементов с рефлектором
и лампочкой.
ния. Знаки полюсов-{-и —батареи надо обозначить краской
на боковых стенках крайних аккумуляторов.
5. Типы гальванических элементов. При демонстрационном
эксперименте в школе применяются элементы типа Лекланше
(рис. 121) и типа Грене (рйс. 122) и батареи с хромовой жидко-
стью. Достоинствами этих элементов и батарей являются сравни-
тельно небольшое внутреннее сопротивление и величина напря-
жения, достигающая по 2 V у одного элемента. Однако электро-
лит отрабатывается сравнительно быстро, почему его прихо-
дится заменять свежим, что обходится не так уж дёшево. Кроме
того, цинковые электроды в хромовых элементах, несмотря на
амальгамирование, необходимо на то время, когда элементы не
нагружены, вынимать из электролита во избежание непроизво-
дительной порчи раствора и разрушения цинка. Элементы с хро-
122
§ /л 6
мовой жидкостью поэтому употребляются в демонстрационном
эксперименте в тех случаях, когда нужно получение сравнитель-
но сильного тока в несколько ампер и притом на короткое время.
Примеры рационального применения хромовых элементов
приведены при опытах: с движением проводника в магнитном
поле (рис. 371); с накаливанием проводника и др. Использование
хромовых элементов при демонстрациях на сравнительно
продолжительное вре-
мя, хотя бы для полу-
чения слабых токов,
например: питание лам-
почки от карманного
фонарика и электри-
ческого звонка, опыты
по электролизу и т. п.,
нерентабельно, как и
употребление этих эле-
ментов для лаборатор-
ных работ. В указан-
Рис. 124. Устройство сухого элемента.
ных случаях надо при-
менять элементы типа Лекланше («Геркулес», рис. 121, II), сухо-
наливные или типа МВД (рис. 123), обладающие огромной элек-
троёмкостью. Сухой элемент в разобранном виде является при
изучении гальванических элементов одним из нужных учебных
пособий (рис. 124).
6. Элементы с хромовой жидкостью. Элемент Грене состоит
из толстостенной и широкогорлой стеклянной колбы, закрытой
деревянной крышкой (рис. 122). На этой крышке укреплены две
угольные пластины С и подъёмная цинковая Zn, закрепляемая
в поднятом состоянии при помощи винта А. Угольные пластины,
соединённые между собой параллельно, соответствуют положи-
тельному полюсу (-}-), цинковая — отрицательному (—). Бата-
рея с подъёмными пластинами состоит из четырёх элементов по-
добного типа, с той разницей, что из раствора вынимаются все
электроды, в том числе и угольные. На крышке каждого элемента
в батарее поставлены клеммы', что позволяет пользоваться по же-
ланию одним, двумя, тремя и всеми четырьмя элементами, со-
единяя их между собой в случае надобности параллельно, после-
довательно или смешанно.
При пользовании элементами Грене или батареями с хромо-
вой жидкостью следует соблюдать правила:
I. Электролит для заливки элемента имеет следующий со-
став: 100 частей воды, 37 частей серной кислоты и 16 частей
двухромовокислого натрия или калия.
£ 17, 7
123
II. Перед каждой новой зарядкой цинк элемента совершен-
но необходимо амальгамировать (§ 44 и рис. 314).
III. Цинковую пластину элемента Грене и пластины ба-
тареи можно и нужно опускать в электролит только на время
их работы, т. е. когда от них берут ток.
IV. Отработанную, ставшую коричнево-зелёной, жидкость
нельзя оставлять в элементе Грене на продолжительное время
во избежание образования кристаллов, впоследствии трудно
удалимых и вызывающих иногда растрескивание углей.
V. Перед зарядкой следует тщательно вымыть стеклян-
ный сосуд и очистить от окислов и кристаллов угли и цинко-
вую пластинку, приготовляя её тем самым для новой амаль-
гамировки.
7. Элементы Лекланше. Из элементов типа Лекланше, приме-
няемых в современных технических установках, наибольшего вни-
мания заслуживают элементы: наливные «Геркулес» (рис. 121, II),
сухие и сухо-наливные и типа МВД с воздушной деполяри-
зацией (рис. 123). Наибольшую силу тока способен давать
элемент «Геркулес», состоящий из круглого угольного элек-
трода с «мешочным» аггломератом (-J-) и цинкового цилиндра (—),
помещённых в сосуд с раствором хлористого аммония, или на-
шатыря. Неудобство элемента, помимо того, что жидкость при пе-
реноске легко пролить, ещё в том, что, несмотря на присутствие
крышки, происходит испарение электролита. Вследствие испаре-
ния происходит кристаллизация солей, и кристаллы выползают
сначала по внутренним, а затем по наружным стенкам сосуда. Во
избежание выползания кристаллов верхний край сосуда следует
смазать салом или вазелином и периодически доливать чистой во-
дой (а не раствором нашатыря!).
От указанного недостатка свободны сухо-наливной элемент
и тем более элемент типа МВД. Разница между этими элемента-
ми в эксплоатационном отношении состоит в том, что сухо-налив-
ные элементы (в особенности типа накальных, т. е. служащих для
накаливания радиоламп в приёмниках) способны давать более
сильные токи, чем элементы типа МВД. Последние же замечатель-
ны тем, что обладают огромной электроёмкостью —до 150 ампер-
часов и выше. Таким образом, батарея из трёх элементов МВД,
соединённых последовательно, способна накаливать лампочку от
карманного фонарика непрерывно в течение 300—400 часов. Эти
элементы могут быть, между прочим, использованы преподава-
телем для устройства миниатюрного «электрического освещения».
124
£ /7, 8-9
Если элемент «Геркулес» прекратит своё действие, что случится
примерно через год, то действие его можно возобновить на неко-
торый короткий срок, промыв электроды и залив свежим раство-
ром нашатыря. Подливание того же раствора в сухо-наливной
элемент редко возобновляет его действие. Элемент типа МВД вос-
становить нельзя.
Правила зарядки и обращения с сухо-наливными элементами и
типа МВД указаны на каждом из них и поэтому здесь не приво-
дятся.
8. Алюминиевый выпрямитель. Алюминиевые выпрямители
требуют за собой постоянного надзора и ухода и в основном об-
ладают тем крупным недостатком, что при нагревании электро-
Рис. 125. Купроксный выпрямитель завода им. Казишюго.
лита выпрямляющее действие прекращается. Однако, устройство
их чрезвычайно просто и под силу каждому преподавателю.
Наиболее рационально применение алюминиевого выпрямителя
для демонстрационного эксперимента в тех случаях, когда нужен
сравнительно сильный ток, но на короткое время, в течение ко-
торого электролит не успеет сильно нагреться. В стационарных
установках, например, для зарядки аккумуляторов, приходит-
ся брать 4 сосуда крупного размера, вместимостью около 1 вед-
ра каждый, чтобы обеспечить нужную теплоотдачу, или при ма-
лых сосудах устраивать охлаждение проточной водой. Многочис-
ленные попытки применения алюминиевых выпрямителей дали
явно отрицательный результат, за исключением их примитив-
ных типов, описанных в § 51 (рис. 413). Исчерпывающее описа-
ние алюминиевых выпрямителей дано в книгах Ф. Э., т. I, гл. X
и X. Э., т. I, гл. XI, 2.
9. Купроксный выпрямитель. Наилучшим выпрямителем для
зарядки небольшого числа аккумуляторов является к у п р о к с-
£ 17 > 9
125
н ы й, выпускавшийся заводом им. Казицкого (рис. 125). Глав-
ное достоинство купроксного выпрямителя заключается в прос-
тоте обращения с ним и в надёжности его действия.
Выпрямляющее действие купроксных выпрямителей получает-
ся заг счёт односторонней проводимости, которою обладают мед-
ные пластинки, покрытые закисью
меди. Выпрямитель завода им. Ка-
зицкого ’состоит’из трансформатора,
снижающего напряжение с 120 или
с 220 V (рис. 125). Пониженное на-
пряжение подводится к купроксному
столбику С, где ток выпрямляется.
Клеммы АВ с обозначенными полю-
сами (+ и — ) служат для получе-
ния постоянного тока. Купроксные
выпрямители выпускаются для раз-
личного напряжения (2 V, 12 V и 24 V)
и для различной нагрузки, т. е.
для силы тока от долей ампера до не-
скольких ампер. Наиболее подходя-
щим для школьного физического
Рис. 126. Схема магнитного
шунта.
кабинета является выпрямитель .на
12 V, дающий силу тока в 2,5—3,0 А.
Трансформатор снабжён подвижным
ярмом или магнитным шунтом D (рис. 126), сдвигая который
можно изменять напряжение, а следовательно, и силу тока,
заряжающего аккумуляторы.
Купроксный выпрямитель требует за собой самого простого
ухода, состоящего в удалении с него пыли. Однако, выпрямитель
легко привести в негодность при нарушении правил обращения
с ним.
Правила эксплоатации купроксного выпрямителя:
I. Купроксные выпрямители не выдерживают сильного
нагревания, так как при температурах выше 50—55° может
произойти разрушение плёнки окиси. Поэтому нельзя по-
мещать выпрямитель в закрытый ящик, что мешает охлажде-
нию столбика.
II. Недопустимо брать от выпрямителя ток больший, чем
указанный на «паспорте» ,заводом.
III. Рекомендуется при пуске в ход сначала присоеди-
нить нагрузку, т. е. заряжаемые аккумуляторы, и затем
включать переменный ток. Работа «на холостом ходу», т. е.
без нагрузки, может вызвать пробой плёнки выпрямителя.
126
£ /7, Ю
Подробности о купроксных выпрямителях можно найти в
книге: Ф. Э., т. V, § 6, 5. О зарядке аккумуляторов — см. § 74 и
т. Ill, § 23.
10. Преобразователь трёхфазного тока в постоянный. Прин-
цип действия вращающегося преобразователя заключается в сле-
дующем (рис. 36).
В асинхронном моторе благодаря обмоткам, расположенным
на статоре и питаемым трёхфазйым током, образуется вращаю-
щееся магнитное поле1). Это поле возбуждаете коротко замкнутой
обмотке ротора индукционный ток, в результате чего ротор при-
ходит во вращение. Наоборот, в преобразователе обмотка 7\ пи-
таемая через кольцо со щётками L трёхфазным током, нанесена
на ротор; короткозамкнутая обмотка Е помещена на статоре. Так
как ротор, создающий вращающееся поле, движется в сторону,
противоположную по Отношению к направлению вращения по-
ля, то при достижении синхронизма * 2) магнитный поток (между
ротором и статором) устанавливается неподвижно. В преобразо-
вателе на роторе сделана ещё вторая обмотка, кроме трёхфазной
(па схеме не показанная), обычного типа с коллектором и двумя
щётками а и Ь, в которой благодаря происходящему вращению
ротора в установившемся неподвижном магнитном потоке ге-
нерируется постоянный ток. Этот постоянный ток используется
во внешней цепи через клеммы А и В.
Однако, синхронизм для описанной конструкции асинхронно-
го электродвигателя недостижим, и вращение ротора всегда бу-
дет происходить со скоростью, меньшей скорости вращения по-
ля. Поэтому на статоре, кроме коротко замкнутой обмотки
сделана ещё обмотка «возбуждения» в виде двух катушек cud,
присоединённая к щёткам а и b обмотки якоря постоянного то-
ка. Эти катушки с и d через «пускатель» CD замкнуты при пуске
в ход через два сопротивления г и /?, из которых одно г имеет не-
большую величину и другое R — значительную (500 омов). По-
сле того как якорь придёт во вращение и скорость его прибли-
зится к синхронной, сопротивление R выключают, замыкая по-
следнее накоротко посредством выключателя К, Сильный ток,
установившийся в обмотках с и d, вызывает появление значи-
тельного магнитного потока, доводящего ротор до синхронизма
и поддерживающего последний при пользовании постоянным
током от преобразователя.
При пуске в ход и пользовании преобразователем должны
соблюдаться следующие основные правила:
г) О принципе действия и устройстве асинхронного мотора—см. Горяч-
кин Е. Н., «Переменный ток» и Ф. Э., т. V, § 9.
2) Скорость вращения ротора при синхронизме становится равной по
величине (но не по направлению) скорости вращения поля.
£ 18, 1
127
I. Вращение ротора должно происходить по направлению
стрелки, нарисованной на корпусе преобразователя. Если
ротор вращается в противоположную сторону, надо поменять
местами включение двух из любых проводов, подводящих
трёхфазный ток, благодаря чему направление вращения из-
менится.
II. Рычажок выключателя К перед пуском в ход должен
находиться наверху, благодаря чему сопротивление R (500 й)
окажется включённым. Убедившись в этом, включают рубиль-
ник трёхфазного тока, подводящий ток к преобразователю.
Через 3—5 сек., когда ротор приобретёт достаточную ско-
рость вращения, рычажок выключателя К опускают вниз, вы-
ключая тем самым сопротивление R,
III. Отклонение стрелки полюсоуказателя со значком
«плюс» в ту или другую сторону указывает на полученное
положение полюса плюс на одной из клемм А или В преобра-
зователя. Для изменения полярности рычажок выключателя
К на короткое время переводят из нижнего положения в верх-
нее и отсюда вновь в прежнее нижнее. Если положение по-
люсов не изменилось, повторяют операцию до получения нуж-
ного результата.
IV. Наибольшая сила тока, которой без вреда для преоб-
разователя можно пользоваться для длительных нагрузок,
составляет 20 А. Для кратковременных нагрузок (несколь-
ко секунд) возможно брать ток силою до 30 А.
Важно отметить, что преобразователь универсален. При пи-
тании его постоянным током (U =15—20 V) с его колец L можно
снять трёхфазный ток. Если, надев на вал щкив, вращать ротор
преобразователя от двигателя, то он может служить как генера-
тор постоянного тока или как синхронный генератор трёхфазно-
го тока.
Преобразователи выпускаются двух типов для напряжения
трёхфазного тока в 120 V и 220 V..
§ 18. Нагревательные приборы.
1. Виды источников теплоты. Под нагревательными прибора-
ми подразумеваются различного рода источники теп-
лоты, служащие для нагревания как при демонстрациях, так
и при лабораторных работах.
Наилучшим источником теплоты является газ, но примене-
ние его возможно только в немногих крупных городах, где он
128
имеется. При употреблении газа надобность в каких-либо иных на-
гревателях отпадает. В обычных условиях для эксперимента рацио-
Рис. 127, I. Газовые горелки Теклю и
Бунзена.
нально применение не-
скольких различных ис-
точников теплоты, как-
то: электрической плит-
ки (рис. 130), примуса
(рис. 128), фитильной
керосиновой кухни Гре-
ца и спиртовых лампо-
чек (рис. 129). В одних
случаях удобнее всего
пользоваться плиткой
или кухней, например,
для нагревания воды и
получения пара при де-
монстрациях; в других,
например, при обра-
ботке стеклянных тру-
бок, нужен примус; в
третьих, например в
лабораторных работах,
применяются спиртовые
лампочки.
Может случиться, как это было в военное время, что
керосина, а тем более спирта, достать нельзя, тогда при-
ходится пользоваться малыми жаровнями с углями.
Рис. 127, II. Насадки для газовых горелок для
получения пламени различной формы.
2. Газовые горелки. В настоящее время в лабораториях нахо-
дят себе применение главным образом два типа газовых горелок:
БунзенаиТеклю (рис. 127, 11 и I). При помощи этих горе-
£ /$, з
129
лок, благодаря смешиванию газа с воздухом, газ может гореть
голубым высокотемпературным пламенем. Количество газа, по-
ступающего в горелку, регулируется при помощи крана, установ-
ленного на газовой трубе; на наконечник крана надевается рези-
новая трубка. Количество воздуха, примешиваемого к газу,
может быть изменено посредством открывания в той или иной ме-
ре отверстий, имеющихся внизу горелок. Для этого в горелке Бун-
зена повёртывают кольцо с отверстиями Л, а в горелке Теклю
вращают диск В (рис. 127). Перед зажиганием газовой горелки
закрывают отверстия, подводящие воздух, для чего завёртыва-
ют диск В или повёртывают соответствующим образом кольцо А.
Затем, приготовив зажжённую спичку, открывают газовый кран
и, поднеся спичку к отверстию горелки сверху, зажигают газ.
Газ загорается при этом красноватым длинным пламенем. Пос-
ле этого постепенно приоткрывают доступ воздуху до получения
голубого пламени.
Однако чересчур сильное открывание отверстий для воздуха со-
вершенно недопустимо, так как пламя может с характерным щелч-
ком «проскочить» внутрь горелки, что заметно по резкому
уменьшению величины пламени. В этом случае станет происхо-
дить неполное сгорание газа, что поведёт к появлению запаха и к
отравлению воздуха в помещении, а следовательно, и ра-
ботающих там. Когда пламя проскочило, газ продолжает гореть
у выходного отверстия внутри горелки; это влечёт за собой при
продолжительном горении весьма сильный нагрев всей го-
релки, и прикосновение к ней пальцами даёт болезненные о ж о-
г и. По этой причине надо всё время внимательно следить за
работой горелки, и как только пламя проскочит, немедленно
погасить горелку. Гашение газа всегда производится обратным п о-
воротом газового крана доотказа (ни в коем случае нельзя
задувать пламя!). Дав горелке остыть, её зажигают снова, умень-
шив доступ воздуха. Преподаватель в случаях применения газа
для лабораторных занятий обязан обучить учащихся правильно-
му пользованию горелками и предупредить об опасностях тяжё-
лого отравления светильным газом.
Газовые горелки иногда снабжаются сверху различными на-
садками для изменения формы пламени.«Из таких насадок наибо-
лее нужна показанная на рисунке 127, II, позволяющая полу-
чать плоское пламя, удобное для нагревания стеклянных трубок
при изгибании их под углом.
3. Керосиновые горелки. Керосиновые горелки имеют тот не-
достаток, что требуют постоянного надзора за собой во избежание
образования копоти. В высокотемпературных горелках, какими
являются примус (рис. 128, I) и паяльная керосино-
вая лампа, керосин подаётся к месту горения посредством на-
гнетания воздуха в резервуар горелки и притом в парообразном
состоянии. При нормальной работе получается голубое пламя; при
9 Е. Н. Горячкин
130
£ 18,3
Рис. 128, I. Керосиновая горелка типа «примус» для лаборатории;
II—in—устройство клапанов: у насоса выпускного и в поршне впускного.
недостаточном давлении воздуха внутри резервуара .или частич-
ном засорении отверстия всё пламя или часть его получает жёл-
тую окраску, а иногда пламя начинает давать копоть.
Правила обращения с примусом и паяльной керосиновой лампой:
I. При наливании керосина не заполнять резервуар цели-
ком; надо оставлять примерно —г/6 пространства для на-
гнетаемого воздуха.
II. Перед зажиганием совершенно необходимо произвести
прочистку отверстия специальной иголкой, сделанной из ку-
сочка стальной проволоки и укреплённой на конце полоски
из жести.
III. Зажигание производить, пользуясь исключительно
денатурированным спиртом, который наливают в круглое
корытце.
IV. Нагнетание воздуха в резервуар (3—4 движения порш-
ня) начать производить, когда подогревающий спирт будет
близок к выгоранию.
131
§ 18, 4
V. Величину пламени можно изменять, увеличивая на-
сосом давление воздуха в резервуаре (не более 3-4 качаний)
или уменьшая последнее, выпуская воздух через винтовой
клапан А. Открывание этого клапана служит для гашения
примуса.
VI. Во избежание взрыва нельзя давать выгорать керосину
целиком. Недопустимо наливание керосина в недостаточно
остывший резервуар горелки. .
VII. Пользование вместо керосина бензином или «горю-
чими смесями» для автомобилей — преступление, так как бе-
зусловно поведёт к взрыву со всеми вытекающими отсюда
последствиями.
Применение примуса или паяльной лампы
не совсем удобно при проведении классных
опытов, вследствие шума, даваемого этими
горелками. Поэтому на демонстрационном столе
более уместна фитильная кухня Греца, устрой-
ство которой общеизвестно.
4. Спиртовые горелки. Для демонстрацион-
ного эксперимента с успехом можно применять
спиртовую горелку Бартеля, дающую
горячее и достаточно большое пламя (рис. 129,1).
Рис. 129. Спиртовая горелка (I)
и спиртовая лампочка (II).
Горят в ней пары спирта, подаваемого к месту горения под дав-
лением, создаваемым поднятием резервуара А на некоторую вы-
соту. Для приведения горелки в действие заполняют спиртом
кольцеобразное корытце В у горелки и зажигают спирт. После
того как спирт почти весь выгорит, постепенно отвёртывают вен-
9*
132
$ 18, 5
тиль С и зажигают выходящие пары спичкой; горелка начинает
действовать.
При лабораторных работах применяются исключительно
спиртовые лампочки, стеклянные или металличе-
ские (рис. 129, II). Фитили для лампочек делаются из специальных
фитильных ниток; в крайнем случае возможно применение скру-
ченной жгутом ваты. Наличие жестяной или латунной трубочки
А, сквозь которую пропущен фитиль, обязательно. При её от-
сутствии резервуар стеклянной лампочки обязательно лопнет,
что может вызвать разливание по столу горящего спирта. Неред-
ко у продажных лампочек отверстие трубочки, а следовательно,
и толщина фитиля бывают настолько невелики, что величина
пламени оказывается недостаточной. В этом случае приходится
делать из жести (от консервных банок) своими силами новые
трубки с внутренним отверстием, примерно равным толщине
карандаша.
I. Величину пламени у спиртовок изменяют посредством
вытаскивания или вдвигания фитиля в трубочку, но только
не во время горения.
II. Гашение лампочки производят при помощи колпачка,
закрывая им фитиль.
III. Не следует давать спирту выгорать в лампочках более
чем на две трети, так как при малом количестве спирта станут
происходить периодически загорания его паров внутри ре-
зервуара, выражающиеся в мелких взрывах. При первой же
подобной вспышке необходимо, остудив лампочку, заполнить
её горючим.
5. Электрические нагревательные приборы. Из различных ви-
дов электронагревателей наиболее удобной для нагревания во-
ды или для получения пара является электрическая
плитка (рис. 130, I). Она состоит из керамики, в зигзагообраз-
ном углублении которой уложена спираль из нихромовой прово-
локи. Концы этой спирали присоединены к двум штепсельным
стерженькам, к которым подводится ток при помощи шнура. Эти
стержни часто приходят в неисправность, когда вследствие на-
гревания нарушается их контакт со спиралью; такое повреждение
легко отремонтировать своими силами, разобрав плитку. Сле-
дует избегать ставить на плитку металлическую посуду (алю-
миниевые кастрюли, жестяные банки и т. п.), так как при дефор-
<£ 18, 6
133
мации спирали возможно замыкание накоротко её частей.
В результате оставшиеся невыключенными части спирали
станут перегреваться выше нормы, и затем произойдёт перего-
рание нихромовой проволо-
ки. Перегоревшую нихромо-
вую проволоку можно, ко-
нечно, скрутить; однако ме-
сто скрутки, нагреваясь
сильнее нормального, вскоре
опять перегорит. Перегорев-
шую спираль, стоящую не-
дорого, надо заменять новой.
Из электронагреватель-
ных приборов следует упо-
мянуть о «минутке»—нагрева-
теле, опускаемом в сосуд с во-
дой (рис. 131). В некоторых
Рис. 130. Электрические нагреватели — плитки бытовая (I) и для
колб (II). Муфельная печь (III).
случаях «минутка» незаменима, позволяя, например, нагревать
воду в стеклянных банках, которые наверняка лопнут при не-
посредственном помещении их на электрическую плитку или в
пламя какой-либо горелки. ’Для получения горячей воды поле-
зен также, но ' далеко не обязателен, электрический чайник
или кастрюля.
6. Жаровня. Применение жаровен с углями может быть до-
пущено как крайняя мера, при отсутствии других нагревателей.
Жаровни требуют за собой хлопотливого ухода и, кроме
134
$ 1
того, отравляют воздух в по-
мещении продуктами горения.
Недопустимо сжигание в жа-
ровнях «самоварного» угля, даю-
щего при своём горении ядови-
Рис. 131. Нагреватель, полезный для нагревания воды
в толстостенной стеклянной посуде.
тый угар —окись углерода; следует пользоваться углями, вы-
гребленными из печей.
На рисунке 132 показано устройство оправдавшей себя на прак-
тике школьной жаровни, описанной проф. Верховским1).
§19. Хранение приборов.
Рис. 132. Школьная жаровня.
1. Расстановка приборов в шкапах. Как правило, приборы
хранят в шкапах, за исключением тех, которые по своим
крупным размерам не могут
там поместиться. Поэтому такие
приборы, как, например: под-
ставка с манометрами (рис. 213),
рама по механике (рис. 52),
лабораторные штативы (рис. 50)
и т. п., можно располо-
жить на одном из шкапов.
Совершенно недопустимо хра-
нение в шкапу приборов, со-
держащих в себе раствор сер-
ной кислоты,—кислотные акку-
муляторы (рис. 117), хромовые
элементы (рис. 122), прибор
Гофмана (рис. 315) и др., так
как пары её вызовут быстрое
заржавление железных частей
у других приборов. Для кислот-
ных аккумуляторов и хромовых элементов уместно подвесить
к стене специальную небольшую полку.
Приборы в шкапах размещают по отделам физики в рабочем,
но отнюдь не выставочном порядке. Порядок определяется та-
ким подбором приборов и приспособлений, который позволял
J)O6 изготовлении жаровни — см. т. III, § 13.
§ Ь9, 2
135
бы собрать тот или иной опыт в возможно меньшее время, не при-
бегая к поискам в различных местах и шкапах. Рядом с прибора-
ми кладут или ставят все добавочные части и различные мелкие
приспособления, которые оказываются нужными при проведе-
нии определённых опытов. Поэтому у опытного преподавателя
наряду с приборами в шкапах находятся всякого рода коробки
и коробочки, содержащие, казалось бы на первый взгляд, не-
нужные мелочи (нитки, провода, кусочки различных веществ,
пробки и т. п.), которые можно бы поместить в ящики с материа-
лами. Однако, множество мелочей оказываются необходимыми при
опытах, и поэтому преподаватель, приладив их один раз, хранит
затем из года в год, чтобы пользоваться ими впоследствии и тем
самым экономить дорогое время.
Посуду хранят в отдельном шкапу, за исключением тех ба-
нок, колб и т. п., которые пришлось подобрать для данного опы-
та, так как годилась не всякая, а только определённая посуда,
или же к ней были прилажены какие-нибудь приспособления. Хи-
микалии хранятся в отдельнОлМ шкапу, лучше всего в стеклянных
банках с ясно видимыми надписями; помещать туда серную, а
тем более соляную кислоту не рекомендуется г). Для хранения ма-
териалов особенно удобен шкап с мелкими ящиками.
Преподаватель обязан периодически удалять пыль из шкапов
и с приборов.
2. Инвентаризация приборов. Преподаватель несёт ответствен-
ность как за сохранность имущества физического кабинета и ла-
боратории, так и за содержание его в исправном состоянии. Для
учёта имущества преподаватель обязан составлять и вести две
книги: инвентарную книгу — опись имущества и ма-
териальную книгу — опись различных материалов. Для
ведения инвентарной описи бухгалтерия школы выдаёт специаль-
ную книгу с пронумерованными страницами и прошнурованную.
В эту книгу записываются все приборы, приобретённые по счё-
ту в магазинах, полученные по развёрсткам, пожертвованные и
т. п. Сюда же записываются и наиболее ценные самодельные при-
боры, если на изготовление их были затрачены материальные
средства и эти приборы получили надлежащее оформление,
позволяющее их применять в будущем из года в год. Для прибо-
ров, хотя бы и приобретённых, но имеющих стоимость менее 5—
10 руб., а также для большинства упрощенных, изготовленных
своими силами, составляют в материальной кциге отдельный спи-
сок. В материальную книгу записывают различные материалы:
проволоку, химикалии, посуду, лампочки, изделия из каучука,
электрические монтажные принадлежности и т. п.
Инвентарная книга должна быть на разворотах разграфлена
вертикальными линиями, как показано на рисунке* 133.
Х)О хранении химикалиев и растворов — см. т. III, § 24.
136
$ 19, 2
по порядку Название прибора Количе- ство Цена Сумма
руб. коп. руб- коп.
168 Аккумуляторная батарея из двух кислотных элементов ёмкостью 40 ампер-час 1 60 — 60 —
169 Воздушный насос Комовского 1 240 — 240 —
170 Трансформатор школьный раз- борный 120 V /12 V (сердечник, 3 катушки 12 V, 120 V, 220 V) 1 70 — 70 —
Рис. 133. Пример записи
№№ по порядку Название материала Количе- ство Цена Сумма
руб. коп. руб. коп.
36 Трубки стеклянные легкоплав- кие 3 кг 2 90 8 70
37 Колбы вместимостью 250 см3 5 шт. — 27 1 35
38 Пробирки 50 шт. — 15 7 50
Рис. 134. Пример записи
Преподаватель при распаковке присланных приборов прове-
ряет по счёту или накладной наличие их и всех прилагаемых к
ним частей, а также, убеждается в исправном состоянии этих при-
боров. В противгом случае (разбитое стекло, недостача или неком-
плектность частей и т. п.) составляется соответствующий акт
для отсылки его в ту организацию, от которой поступили приборы.
В инвентарную книгу записывают все приборы в поряд-
ке их поступления и отнюдь не по разделам физики.
Пример такой записи показан на рисунке 133. Порядковый номер,
под которым прибор записан в книгу, является инвентарным. Этот
£ 7.9, 2
137
Откуда поступил Время поступле- ния 1 Примечание
В порядке оказания помощи шко- ле от завода № 2 Приобретён в магазине Учсбыт по счёту от 24/ХП 1936 г. Приобретён в магазине Учсбыт по счёту от 24/ХП 1936 г. 1936 г. 30/XII 1936 г. 30/XII 1936 г. Исключён как пришед- ший в негодность по акту № 7 от 23/IV 1946 г.
в инвентарной книге.
Откуда поступил Время поступле- ния Расход
Магазин Учсбыт по счёту от 13/II 1940 г. Магазин Учсбыт по счёту от 18/III 1940 г. Магазин Учсбыт по счёту от 1/11 1941 г. 15/П 1940'г. 24/1П 1940г. 10/П 1941 г. По учёту: 21/IV 1941 г. израсходовано 1/2 кг, остаток 2х/2 кг По учёту: 21/IV 1941 г. утрачена 1 колба, оста- ток 4 колбы По учёту: 21/IV 1941 г. утрачено 6 пробирок, оста ток 44 пробирки
в материальной книге.
номер аккуратно надписывают на приборе масляной или
эмалевой краской, где-нибудь не на очень видном месте, сбоку
или на уголке, но в то же время так, чтобы номер легко было
отыскать, не перевёртывая и не разбирая прибора. На дополнитель-
ных частях к прибору надписывается тот же номер и в скобках
ставится римская цифра согласно обозначению в инвентарной
книге, например, 350 (II). Возможно, конечно, делать надписи на
бумажных ярлычках, наклеиваемых на приборы, но при таком
способе надписи оказываются менее долговечными и, в частности,
легко загрязняются.
138
£ 7.9, 2
При записи в инвентарную книгу на обратной стороне счё-
та вновь перечисляются приборы с указанием инвентарного но-
мера, под котсрым записан прибор. Такое переписывание назва-
ний приборов нужно для бухгалтерии во избежание искажения
в их записях, так как в счетах названия приборов бывают иногда
искажены или просто недостаточно разборчиво написаны. Такие
же надписи с указанием инвентарного номера делаются на наклад-
ных и прочих документах. Если полученный прибор является не
новым и в некоторой мере изношенным или же нуждается в ре-
монте, то в инвентарной описи в графе «Примечание» делается
пометка с указанием процента изношенности или же о необхо-
димости ремонта.
В случае порчи прибора при работе, под влиянием естественно-
го изнашивания или по другим причинам, тотчас же составляет-
ся акт примерно следующего содержания:
АКТ № 7.
20 июня 1945 г, заведующий физическим кабинетом—пре-
подаватель физики Петров А1.И. и завхоз N-ской неполной сред-
ней школы Иванов А. А, составили настоящий акт в ниже-
следующем:
Свинцовый аккумулятор, емкостью в 40 ампер-часов, числя-
щийся в инвентарной описи под номером 261, в виду выпаде-
ния массы из пластин пришел в полную негодность и подлежит
выключению из описи. Стоимость аккумулятора 26 руб,
( Подписи,)
В графе «Примечание» инвентарной книги тотча® же делает-
ся пометка об исключении прибора со ссылкой на номер акта и
дату его составления, например: «Исключен как пришедший в
полную негодность, по акту Л? 7 от 20 июня 1945 г.».
Материальная книга служит для описи приобретаемых в ка-
бинет материалов и для записей об их израсходовании. В эту
книгу записываются также малоценные физические приборы, в
том числе изготовленные своими силами.
Книгу полезно разбить на несколько отделов, где и делать
соответствующие записи. Отделы могут быть следующие:
1) Малоценные и самодельные приборы. 2) Подсобные или
вспомогательные малоценные приборы. 3) Инструмент. 4) Посуда
и изделия из стекла. 5) Каучуковые изделия. 6) Проволока и про-
вода. 7) Электромонтажный материал и т. д.
На каждый из разделов в книге отводится несколько страниц;
для справок на первой странице пишется оглавление с указани-
ем страниц. Для бухгалтерии на счетах и накладных на материа-
лы делается надпись с указанием, на какую страницу матери аль-
5 19, 2
139
ной книги записан малоценный прибор или материал, например,
калий двухромовокислый 500 г — см. материальную книгу,
стр. 24. В материальной книге опись делается примерно так,
как это изображено на рисунке 134.
По мере израсходования материалов в соответствующей графе
делаются пометки. Один раз в год по окончании учебного года
производится проверка инвентаря согласно описи; об износив-
шихся приборах составляются акты, и производится их списы-
вание. По материальной книге также проверяется наличие ма-
териалов и выясняется их наличность на новый учебный год.
Гст 11401
МЫТ, /- нсымшй
JZra&yzme zcvyoosr
/339 г
//азнаъенис Эел?омс/л>рсгц<У9 &езсг£сусы -
Сосуда
/умнгм/мг Ула£ут'&е:г/у>олга-
gj У-ze
/7occ*?ufi С Т.4б (*/-£/)
З&меТа/ШЯ; сосуд
Рис. 135/ Карточка каталога физических приборов
(лицевая и оборотная стороны).
Кроме инвентарной и материальной книг, преподавателю
нужно иметь опись приборов по разделам физики. Наилучшим
является карточный каталог, позволяющий классифицировать
приборы по любым признакам и в случае надобности видоизме-
нять его в любой последовательности. Карточки для этого ката-
лога берутся обычные, библиотечные; хранить их удобнее всего
в специальных ящиках, применяемых в библиотеках. Карточ-
ки различных отделов отделяют друг от друга вставками из
фанеры, представляющими собой прямоугольники, по ширине
140
£ 19, 2
равные карточке и превышающие её по высоте на 2—3 см. На кар-
точке полезно поместить следующие данные:
1. Название отдела физики (подсобные приборы, измерения, гидроста-
тика, аэростатика, механика, теплота, электричество, акустика, оптика,
лабораторные работы, мастерская), пользуясь каким-нибудь шифром, на-
пример: П. п. Изм, Г-ст, А-cm, Мех., Теп., Эл., Ак., On., Лаб. р.
2. Инвентарный номер согласно описи; например: 246.
3. Название прибора; например: Пирометр.
4. Составные части прибора; например: Подставка со стрелкой, же-
стяное корытце, два стержня: железный и медный.
5. Фирма; например: Главучтехпром.
6. Год приобретения; например: 1940 г.
7. Цена; например: 12 руб.
8. Назначение прибора; например: Демонстрация теплового расшире-
ния твёрдых тел.
9. Литературные источники, где имеется описание прибора и его исполь-
зования; например: Двиняников, Учебные пособия, 1933 г., стр. 86.
10. Разные замечания и данные.
Образец карточки показан на рисунке 135.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ В СЕМИЛЕТНЕЙ
ШКОЛЕ.
§ 20. Методические указания студентам о работах в
практикуме по методике и технике физического эксперимента.
При работе в практикуме надо руководствоваться следующими
положениями и правилами:
1. Как было уже выяснено в § 2, техника постановки экспе-
римента в основном определяется методическими требованиями.
Перед проведением каждого эксперимента должна быть точно
выяснена его целевая установка, т. е. выяснено, ка-
ким образом наблюдаемое учащимися явление будет использо-
вано в педагогическом процессе урока. Поэтому во время предва-
рительной подготовки к проведению эксперимента на заданную
тему студент должен определить не только то, что именно долж-
но быть показано, но и для какой цели. Тогда целевая установка
позволит решить, каким образом явление необходимо продемон-
стрировать, и таким путём определить технику проведения
эксперимента.
Равным образом целевая установка должна быть выяснена в
отношении лабораторных работ. Целью работы определяется её
тема или содержание, а также форма её проведения (§ 60) Р.
II. Перед каждым занятием в практикуме необходимо прове-
сти небольшую подготовительную работу, за-
ключающуюся прежде всего в отчётливом овладении материалом
по физике по данной теме. Для этого необходимо проштудировать
соответствующие главы стабильных учебников как для первого,
так и второго концентров. Поскольку стабильные учебники в
методическом отношении являются далеко не образцовыми, а
местами даже неудачными, то следует производить просмотр из-
ложения того же материала в других пособиях и во всяком
*) При пользовании настоящим пособием нужно иметь в виду, что неко-
торые, описанные в работах, эксперименты окажутся не соответствующими
поставленным методическим требованиям, что должно быть студентами
соответственно видоизменено.
142
£ 20
случае в учебниках Ц ингера и Сахарова (см. Преди-
словие). Какие бы твёрдые знания на основании вузовского кур-
са ни имел студент по данному вопросу физики, это оказывает-
ся совершенно недостаточным, так как ему нужно познакомить-
ся именно с методическими особенностями изложения этого во-
проса для учащихся средней школы. После просмотра учебников
и затем соответствующих глав т. 1 производится определение це-
левой установки лабораторных и демонстрационных экспери-
ментов.
III. Описание в данном пособии работы (назначенной руково-
дителем практикума для выполнения) должно быть студентом з а-
ранее проштудировано с тем, чтобы время, отведённое на з а-
нятие, использовать именно на постановку опытов, а отнюдь не
на подготовительное чтение. Если же делать опыты без предва-
рительной к ним подготовки, то, значит, сознательно терять время
совершенно непроизводительно, так как в этом случае студент не
успеет овладеть ни техникой, ни тем более методикой эксперимента.
IV. Задача, стоящая перед студентом при его занятиях в прак-
тикуме, заключается вовсе не в том, чтобы, выполнив данные в
работе технические указания, пронаблюдать самому то или иное
физическое явление или проделать лабораторную работу. Зада-
ча является много более сложной и многообразной и содержит
в себе характерные отличия от требований, предъявляемых в
практикуме по общей физике.
При занятиях в практикуме по методике и технике экспери-
мента студент обязан собрать те или иные установки и Про-
ве с т и на них опыт ы, которые должны соответствовать
целевой установке этих экспериментов для школы-семилетки. Кро-
ме того, эти эксперименты должны полностью удовлетворять тре-
бованиям, предъявляемым к демонстрационному эксперименту
(§§ 3 и 11) или к лабораторным занятиям.
V. Одной из основных задач, решаемых в лаборатории методи-
ки и техники эксперимента, является вопрос об обеспече-
нии видимости опытов. При постановке демонстрацион-
ных экспериментов совершенно обязательно заранее в процессе
подготовки опыта принимать меры для обеспечения видимости
(§ 11) и с расстояния 6—8 м проверить её.
VI. В письменном отчёте по каждой работе демонстрацион-
ного характера, представляемым студентами руководителю прак-
тикума, должны быть занесены:
1. Название опыта.
2. Целевая установка опыта, т. е. указание, как воспроизводимое яв-
ление будет использовано в дальнейшем процессе урока.
3. Схемы и рисунки, выполненные от руки пером (без применения ли-
нейки, циркуля, цветных карандашей и т. п.) в том виде, как они делаются
учителем на доске мелом в процессе объяснения данного вопроса по физике,
иллюстрируемого или определяемого демонстрируемым опытом (см. т. I, §§ 24
и 25 и т. IV).
§ 21, 1—2
143
4. Указания, какие именно мероприятия (§ 11, 1—9) приняты для обес-
печения видимости.
5. Ответы на поставленные в описаниях работ вопросы.
6. Замечания по вопросам техники и методики данного опыта, которые
студент сам находит нужным занести для памяти.
Глава четвёртая.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НА ЭКРАНЕ ДИАПОЗИТИВОВ
И ПРИБОРОВ.
§ 21. Диаскопическое проектирование диапозитивов.
1. Методические замечания. Целью настоящей работы являет-
ся ознакомление с типами школьных проекционных фонарей и
с приёмами проектирования на экран диапозитивов —
стеклянных и плёночных. Наиболее трудной и в то же время наи-
более важной частью работы является центрирование
света, на что нужно обратить самое серьёзное внимание. Вы-
полнение этой работы безусловно необходимо для каждого сту-
дента, так как всякий преподаватель вообще, а физики тем более,
должен овладеть в совершенстве техникой проектирования на эк-
ран диапозитивов. Кроме того, данная работа является подго-
товительной к проектированию приборов на экран. Проектиро-
вание следует изучить для различных источников света, в том
числе для карбидной горелки и обыкновенной лампочки накали-
вания и проекционных ламп на 120 V и 12 V.
2. Диапозитивы. Стеклянные диапозитивы бывают различных
размеров: 80 дшХ80логиб0 дшх45 мм. Диапозитивы при проек-
тировании вставляются в деревянные или металлические кас-
сеты, в свою очередь вкладывающиеся в рамку (рис. 66).
Без рамки вести проектирование диапозитивов нельзя. Рамки
делаются всегда с двумя кассетами для того, чтобы возможно бы-
ло изображение на экране одного диапозитива непосредственно
сменять другим. Рамка устроена так, что пока ведётся проекти-
рование одного диапозитива, вторую кассету можно вынуть и
заменить в ней следующим тот диапозитив, который уже был про-
демонстрирован. Кассеты сделаны одинакового размера, но гнёз-
да в них для диапозитивов имеют различную величину, в соот-
ветствии с размерами диапозитива. Поэтому к одной рамке при
продаже прилагается несколько кассет.
Посредством школьного» проекционного фонаря (рис. 61) мож-
но производить проектирование стеклянных диапозитивов. Ма-
лый проекционный фонарь (рис. 65) позволяет проектировать
стеклянные диапозитивы лишь малого размера (60 лшх45 мм)',
в основном же он предназначен для плёночных диапозитивов.
Для проектирования последних к фонарю прилагается специаль-
ная приставка (рис. 136).
144
£ 2/, 3
Об изготовлении диапозитивов своими силами см. т. IIL О
типах диапозитивов — см. т. I, рис. 48—52.
3. Опыт I. Центрирование света в проекционном фонаре школь-
ного типа.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь школьного
типа (рис. 61). 2) Экран. 3) Электролампы — обыкновенная (рис. 71, I) и
от эпидиаскопа (рис. 71, III). 4) Подставка для лампы.
Рис. 136. Приставка для ленточных диапозитивов.
А и В — ролики для перемещения плёнки. СС — скобки для вклады-
вания плёнки.
Настоящая работа, ставящая своей целью научить правиль-
ному центрированию света, т. е. установке источ-
ника света в надлежащем месте по отношению к конденсору, име-
ет важнейшее значение для всех последующих работ с фонарём.
1) По описанию (§ 13, 1, 2, 3) ознакомиться с устройством
школьного проекционного фонаря и с источником света (§ 13,
6—14), обратив особое внимание на вопрос о центрировании све-
та (§ 13, 13).
2) Взять проекционный фонарь школьного типа (рис. 61) и
подставку для лампы (рис. 72). Ввернуть в неё сначала обыкно-
венную лампочку накаливания, лучше всего биспиральную мощ-
ностью в 98 W (рис. 71, I). С подставки снять вогнутое зеркало и
поставить подставку примерно на середину внутри фонаря (с кон-
денсором и объективом). Передвигая объектив взад и вперёд, по-
лучить на экране, помещённом на расстоянии 1 г/2—2 м, осве-
щённый круг с резко очерченными краями.
S Ы 4
145
3) Вследствие неправильного расположения источника све-
та по отношению к конденсору обычно на освещённом круге на-
блюдаются тёмные или окрашенные пятна. Перемещая слегка
подставку внутри фонаря влево, вправо, вверх и вниз, можно
убедиться, что пятна на освещённом круге экрана меняют свой
характер и свои места. На рисунках в § 13, 13 показаны наиболее
типичные случаи пятен и указано, какая неправильность допу-
щена в установке источника света в каждом случае.
Найти такое положение источника, при котором освещённый
круг оказывается освещённым совершенно равномерно без ка-
ких-либо пятен.
4) Когда это требование будет выполнено, надеть на подстав-
ку вогнутое зеркало и посмотреть, как его присутствие отражает-
ся на освещённости экрана. Оставляя источник света в одном и
том же положении, соответствующем случаю равномерно осве-
щённого экрана, менять положение зеркала относительно лам-
пы, сдвигая вниз, вверх, ближе и дальше. Найти опытным пу-
тём такое положение зеркала, при котором получается наиболь-
ший выигрыш в освещённости при полном отсутствии пятен и
бликов.
5) Повторить центрирование света* заменив обыкновенную
лампу лампой от эпидиаскопа или кинопроектора УП—2
(300 W) (рис. 71, II и III).
6) Зарядить согласно описанию (§ 13, 14) ацетиленовый га-
зогенератор (рис. 79) и процентрировать свет. После того как
весь карбид отработается, газогенератор разобрать, вычистить
и промыть.
П римечание. После центрирования света каждого источника
можно спроектировать диапозитив согласно указаниям, данным в дальней-
шем изложении (раздел 5).
4. Опыт II. Центрирование света в малом проекционном фо-
наре и в оптической скамье.
Приборы и материалы: 1) Малый проекционный фонарь
(рис. 65). 2) Оптическая скамья с объективом (рис. 62). 3) Трансформатор на
120/12 V. 4) Проекционная лампочка на 12 V. 5) Ламповый реостат (рис. 308).
6) Экран. 7) Провода для соединений.
1) Ознакомиться по описанию (§ 13, 3 и 5) с конструкцией фо-
нарей (рис. 62 и 65), а также со способами включения лампы на
12 V (§ 13, И и 12).
2) Зажечь лампочку на 12 V, собрав для этого схему с транс-
форматором, показанную на’рисунке 137, I.
3) Включить в осветительную сеть лампочку на 12 V через
ламповый реостат (§ 43,7), ввернув в него лампочки по 40 W или,
лучше, по 100 W (рис. 308 и 137, II). Для лампочки на 12 V,
30 W нужно будет взять примерно 3 лампочки по 100 W или
8—9 лампочек по 40 W. Если же мощность лампочки на 12 V равна
Ю Е. Н. Горячкин
146
$ 21, 5
50 W, то количество лампочек на 120 V в реостате должно быть
увеличено в 11/2 Раза (расчёты —см. в § 43,7).
4) Включить лампочку на 12 V через реостат или трансформа-
тор и поместить её в малый проекционный фонарь. Согласно ука-
'-'•'120 6
Х«« (30 6тJ
J и
^120 б
о---
XZ___ 3 ламп!»
120 б (100 6т)
Рис. 137. Включение лампочки на 12 V
через трансформатор (I) и ламповый
реостат (II).
заниям (§ 13,13), цент-
рировать свет так, чтобы
освещённый круг на эк-
ране не имел тёмных или
окрашенных пятен.
5) Центрировать свет
подобным же образом в
проекционном фонаре с
оптической скамьёй. До-
бившись равномерного
освещения круга на эк-
ране, перейти к установке
зеркала. Для этого, сог-
ласно указаниям (§ 13,13),
сдвинуть объектив вперёд
до получения на экране
изображения светящейся
нити лампочки. Придви-
гать к лампочке посте-
пенно зеркало и добиться получения на экране второго изобра-
жения нити в перевёрнутом виде. Менять угол наклона зеркала,
чтобы изображения нитей оказались расположенными так, как
это показано на рисунке 78.
6) Вновь сдвинуть объектив так, чтобы получить освещённый
круг, и проверить, не появилось ли тёмных пятен. Если это слу-
чилось, поправить положение лампочки. В случае, если граница
освещённого круга окажется двойной, надо слегка переместить
зеркало до исчезновения этого явления.
5. Опыт III. Проектирование на экран диапозитивов.
Приборы и материалы: 1) Проекционные фонари — школь-
ного типа и малый. 2) Экран. 3) Подставка с электрической лампой. 4) Рамки
с кассетами. 5) Диапозитивы различного размера и характера — штри-
ховой, тоновой и цветной. 6) Киноплёнка с диапозитивами. 7) Приставка
для проектирования плёночных диапозитивов.
1) Центрировав электрический источник света, согласно ука-
заниям предыдущего опыта, вставить диапозитив с чертежом в
рамку и, сдвигая объектив, получить изображение на экране.
Действуя винтом кремальеры или же сдвигая соответствующий
рычажок на объективе, добиться на экране наиболее резкого
изображения. Обратить внимание на неодинаковую чёткость в
середине и по краям изображения картинки.
§ 21, 6
147
Рис. 138. Перевёртывание диапозитива для его
правильной установки в кассету рамки.
2) Научиться правильно вставлять диапозитив в кассету рам-
ки. Для этого надо усвоить раз навсегда следующий приём. Взят!
диапозитив в руку так, чтобы на просвет рисунок и надписи
оказались располо-
женными правильно
(рис. 138). Затем по-
вернуть диапозитив
вокруг горизонталь-
ной оси (т. е. в вер-
тикальной плоскости)
на 180° и вставить
его в кассету рамки.
3) Спроектиро-
вать на экран диа-
позитивы различных
р азмеров. Сп роекти-
ровать диапозитивы с
различными рисунками—штриховым (чертёж), тоновым (фото)
и раскрашенным (см. т. I, § 22 и рис. 48—52).
4) Укрепить на малом проекционном фонаре приставку для
киноплёнки (рис. 136) и спроектировать на экран несколько плё-
ночных диапозитивов (см. т. I, рис. 51).
6. Опыт IV. Изучение проекционного фонаря и экрана.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь школь-
ного типа. 2) Лампочка на подставке. 3) Стекло к конденсору с царапинами и
трещинами. 4) Две линзы — длиннофокусная и короткофокусная. 5) Зеркало
размером не менее 1 дм2. 6) Диапозитив. 7) Рамка для диапозитива. 8) Лист
фанеры. 9) Полосы различной белой и серебряной бумаги и полотно.
10) Кнопки.
1) Центрировать свет (§ 13,13) в проекционном фонаре, полу-
чив равномерно освещённый круг на экране. Спроектировать
диапозитив.
2) Удалить конденсор из фонаря и вновь спроектировать диа-
позитив на экран. Выяснить разницу в получаемых изображени-
ях с конденсором и без него.
3) Удалить из конденсора одно стекло. Спроектировать диа-
позитив. Сравнить качества получаемых изображений: а) при пол-
ном конденсоре; б) при неполном —со стеклом, поставленным
ближе к лампе; в) при неполном — со стеклом, расположенным
ближе к диапозитиву.
4) Взять одно стекло в конденсоре с царапинами и треснутое,
другое —нормальное. Выяснить, как эти дефекты отражаются
на качестве проектирования. Как лучше расположить стекло с
дефектами —ближе к лампе или к диапозитиву?
5) Заменить объектив фонаря линзами, сначала длиннофокус-
ной и затем короткофокусной (рис. 139). Выяснить, как изменя-
ют
148
§ 21, 6
ются размеры получаемых изображений; как проявляется сфе-
рическая и хроматическая аберрации. При проектировании вос-
пользоваться диапозитивом со штриховым рисунком и надписями
Рис. 139. Проектирование при помощи линзы А
взамен объектива.
(чертёж) или, лучше, самодельным, начертив тушью на стекле
несколько взаимно перпендикулярных прямых линий (сетка).
6) Вынуть из объектива одну из линз и выяснить, каким
образом её отсутствие скажется йа качествах изображения.
Рис. 140, I. Положения зеркала для проектирования
на боковые и заднюю стены.
7) Пользуясь нормальным объективом и конденсором и пере-
двигая фонарь, получить изображение различных размеров с попе-
речником в 1 м, 1,5 м и 2 м. Выяснить, как изменяется освещён-
ность. Каким образом изображение может быть получено на эк-
ране выше или ниже?
§ 22, 1
149
Рис. 140, 11. Приставка к проек-
ционному фонарю для проектиро-
вания с горизонтальной плоскости.
8) Взяв хорошее зеркало (размером около 1 дм2), поставить
его под углом к направлению пучка света, идущего из объекти-
ва фонаря, и получить изображения на боковой стене, потолке
и сзади фонаря (рис. 140, I).
9) На листе фанеры кноп-
ками укрепить несколько оди-
наковых по величине полос:
а) из белой бумаги различных
сортов: глянцевой, обычной
писчей, чертёжной и матовой
(ватман или полуватман); б) из
полотна; в) из бумаги, покры-
той «серебряной» краской из
порошка алюминия. Получить
на таком экране изображение
диапозитива и сравнить между
собой освещённость, получае-
мую на различных материалах.
§ 22. Эпископическое проекти-
рование.
1. Опыт I. Центрирование
света в эпископе и проектиро-
вание картин.
Приборы и материалы:
1)Эпидиаскоп (рис.64). 2)Картинки—
штриховая, тоновая и раскрашен-
ная. 3) Рамка для диапозитивов.
4) Диапозитив. 5) Карманные часы.
6) Закреплённый магнитный спектр.
7) Книга с картинками.
1) Рассмотреть устройство эпидиаскопа (рис. 64 и 68) и, в част-
ности, изучить действие рукоятки К, помещённой сбоку, для пе-
рехода от эпископической проекции к диаскопической (§ 13, 4).
2) Поворотом рукоятки Q опустить Р подъёмный столик и,
положив на него лист чистой белой бумаги, вновь поднять столик.
Зажечь лампу и посредством верхнего объектива О (выдвигая или
вдвигая его) получить изображение бумаги на экране, располо-
женном на расстоянии 2—3 м.
3) Добиться, чтобы изображение бумаги не содержало бли-
ков и являлось освещённым равномерно. Для этого, несколько
отвинтив винт, закрепляющий лампу S (рис. 68), медленно
перемещать лампу вверх и вниз, а также поворачивать её до по-
лучения равномерной освещённости изображения на экране.
4) Центрировав таким образом свет, положить на столик
одну после другой различные картинки—штриховую (чертёж),
тоновую и раскрашенную и спроектировать их на экран. Для
150
£ 22, 2; § 23, 1—2
получения правильного расположения изображения на экране на-
кладываемая картинка должна лечь на столик своим верхним кра-
ем параллельно задней стенке эпископа.
5) Обратить внимание на сильное нагревание картинки, ко-
торую поэтому нельзя долго держать освещённой во избежание
её порчи (вспучивания и даже обугливания).
6) Положить на подъёмный столик книгу с картинкой и спро-
ектировать текст на экран.
7) Поместить на столик поочерёдно свою руку, карманные
часы (с открытой задней крышкой), закреплённый на бумаге маг-
нитный спектр (§69) и спроектировать их. Убедиться, что отчёт-
ливое изображение получается лишь для точек предмета, лежа-
щих в одной плоскости.
8) Перейти на диаскопическое проектирование и, центриро-
вав свет (§ 13),. спроектировать диапозитив.
2. Вопросы к отчёту студента:
1) Начертить ход лучей в эпископе (рис. 64).
2) Почему у объектива эпископа диаметр больше, чем у объектива диа-
скопа?
3) Почему в эпископе применена мощная лампа в 500 W? Нельзя ли
заменить её обычной осветительной лампой или лампочкой на 12 V (30 W или
50 W)?
§ 23. Диаскопическое проектирование приборов.
1. Методические замечания. Проведение настоящей работы воз-
можно лишьпосле усвоения приёмов центрирования света и про-
ектирования диапозитивов (§ 21). В данной работе приведён ряд
типичных опытов, демонстрация которых в классе без проекти-
рования или вовсе невозможна, или же во всяком случае сильно
затруднена, так как не обеспечивает необходимой видимости.
Рис. 141. Сосуд с плоско-параллель-
ными стенками для проекции.
2. Опыт I. Капилляры.
Приборы и материалы:
1) Проекционный фонарь (объек-
тив, подъёмный столик) (рис. 62).
2)Трансформатор на 120/12V (рис.76).
3) Сосуд с плоско-параллельными
стенками. 4) Капилляры. 5) Мар-
ганцовокислый калий. 6) Полоска
картона. 7) Ножницы.
Для данного опыта необхо-
дим сосуд с плоско-парал-
лельными стенками, изготов-
ление которого своими силами
не представляет затруднений
(рис. 141). Капилляры изготавливаются также своими силами
посредством быстрого растягивания нагретой на спиртовке стек-
лянной трубки (см. т. Ill, § 16).
£ 23, 2
151
1) Приготовить для опыта проекционный фонарь, центриро-
вав в нём свет.
2) Приготовить густо окрашенный раствор марганцовокисло-
го калия. Вырезать из картона полоску так, чтобы она образо-
Рис. 142. Прибор для проектирования капиллярных трубочек (I) и электро-
лиза уксуснокислого свинца (II).
вывала крышку для сосуда. Вставить в картон несколько капил-
лярных трубок различного диаметра (рис. 142, I). В сосуд налить
на 3/4 раствора марганцовокислого калия.
152
§ 23, 3
3) Поставить сосуд на столик проекционного фонаря и спроек-
тировать изображение капилляров на экран так, чтобы изображе-
ние уровня жидкости в них оказалось примерно в середине по-
лученной на экране картины (рис. 143).
3. Опыт II. Выделение металла при электролизе.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь (объектив,
столик). 2) Трансформатор на 120/12 V. 3) Сосуд с плоско-параллельными
стенками. 4) Уксуснокислый свинец. 5) Свинцовые электроды. 6) Батареи
аккумуляторов или элементов на 12 V. 7) Дестиллированная вода.
8) Уксусная эссенция.
Рис. 144. Проектирование электролиза уксуснокислого свинца.
Опыт служит для демонстрации того, что при электролизе
солей металл выделяется на катоде. Демонстрация весьма пока-
зательна, так как свинец откладывается в кристаллическом ви-
де, образуя нечто подобнсе разветвлению ветвей на дереве, поче-
му явление носит название «сатурнова дерева».
1) Приготовить раствор уксуснокислого свинца в дестилли-
рованной воде. При употреблении обычной воды раствор вследст-
вие образования нерастворимых солей свинца получается мут-
ный. Однако муть совершенно исчезнет при добавлении двух-
трёх (но не более) капель уксусной кислоты (эссенции).
2) Вырезать из листового свинца электроды — один К в виде
руки с растопыренными пальцами и другой А в виде тонкой полос-
ки. Укрепить электроды, *как показано на рисунке 142, II, в де-
ревянной или картонной крышке к сосуду. Наполнить сосуд с
плоско-параллельными стенками раствором и опустить туда элек-
троды.
§ 23, 4; § 24, 1
153
3) Спроектировать сосуд на экран, фокусируя его электро-
ды. Приключить через реостат минус батареи в 6 V к электроду
в виде руки и плюс — к свинцовой полосе (рис. 144). Если реак-
ция выделения свинпа пойдёт слишком медленно, повысить на-
пряжение, постепенно приключая добавочные элементы или акку-
муляторы. Иметь в виду, что при чересчур большом напряжении
образующиеся кристаллы станут отпадать хлопьями.
4) Получив «сатурново дерево», переменить полюсы источни-
ка тока и наблюдать, что происходит с «деревом» и на каком элект-
роде выделяется свинец.
4. Вопросы к отчёту студента:
1) Какой недостаток имеет марганцовокислый калий как красящее
вещество?
2) Какой вид приобретают в проектировании стеклянные трубки?
3) Почему для уничтожения мути в растворе уксуснокислого свинца
рекомендуется прилить две-три капли уксусной кислоты, но не более?
4) Почему важно расположить свинцовые электроды в одной плоскости?
5) Какое методическое значение имеет демонстрация с уничтожением
«сатурнова дерева» при перемене полюсов батареи?
§ 24. Теневое проектирование.
1. Принцип
ние отличается
Рис. 145. Вид
прибор ов при
теневом проек-
тировании.
теневого проектирования. Теневое проектирова-
от обычного проектирования (§ 13, 21 и 22) тем,
что на экране получают не изображение предме-
та, а только его тень. В некоторых случаях
такой способ является весьма выгодным для обес-
печения видимости (рис. 145). Кроме того, в
А
Рис. 146. Принципиальная схема теневого
проектирования.
теневом проектировании может быть использовано физическое
явление преломления света при прохождении через границу
двух сред, благодаря чему на экране удаётся сделать видимыми
струи различных газов и паров или горячего воздуха (рис. 14Э).
154
§ 24, 1
Аппаратура для теневого проектирования крайне проста и
состоит из точечного источника света, помещённого внутри ка-
кой-нибудь коробки с отверстием для выхода лучей света (на-
пример, в корпусе проекционного фонаря без конденсора).
Если точечный источник света S помещён внутри камеры с
круглым отверстием в одной из её стенок (рис. 146), то на экране
АВ расходящийся пучок света даст освещённый круг. Если на
пути распространения света поместить какой-либо предмет С, на-
пример, шар, то на фоне ярко освещённого экрана будет получена
Рис. 147. Установка для теневого
проектирования на вертикальный
экран.
тень в виде круга; у неё бу-
дут тем более резко очерчены
контуры, чем больше источ-
ник приближается к точеч-
ному. На рисунке 147 пока-
зана установка для теневого
проектирования на вертикаль-
ный экран. Источник света
помещён внутри корпуса В
проекционного фонаря, из ко-
торого удалён конденсор. На
пути распространения света
помещён прибор А, дающий на
экране теневое изображение.
Таким образом, зритель ви-
дит не только самый прибор,
к тому же ещё ярко освещён-
ный, но и его тень в увели-
ченном виде. Чем ближе пред-
мет расположен к источнику
света и чем дальше экран, тем
больше будет увеличение. Так
как обычные источники света
не являются точечными и свет
в них излучается с некоторой поверхности, то границы тени бу-
дут тем более резкими, чем дальше проектируемый предмет на-
ходится ст источника света. На опыте легко подобрать такое
расстояние предмета от источника света, чтобы увеличение ока-
залось достаточным, а границы тени резко очерченными.
Теневое проектирование, давая увеличенное изображение
предмета, позволяет увидеть теневое изображение различных мел-
ких деталей, которые при обычных условиях могут быть рассмот-
рены лишь в непосредственной близости от предмета.
Теневая проекция применяется с равным успехом и для по-
лучения теневых изображений объектов, расположенных в гори-
зонтальной плоскости, например, магнитных спектров, поверх-
ности воды и т. п. Простейший вид установки для горизонтальной
проекции показан на рисунке 148. Точечный источник света
§ 24, 2—3
155
помещён между ножками табуретки, у которой вместо крышки
положено зеркальное стекло. Табуретка должна быть закрыта
с боков тёмной материей, не пропускающей света. Если положить
какой-либо предмет на стекло, то на потолке получится его тене-
вое изображение в увеличенном виде.
2. Источник света. Наилучшим источником света, достаточно
близким к точечному, является вольтова дуга, питае-
мая постоянным током. Дуга переменного тока, у которой одина-
ково ярко светятся концы обоих углей, даёт два теневых изобра-
жения, сдвинутых по отно-
шению друг к другу. Нет
никакой надобности приме-
нять дугу с сильным током
(20—30 А); при тонких углях
и силе тока в 5—10 А полу-
чается достаточно сильное
освещение экрана. В част-
ности, для проектирования
может быть с успехом исполь-
зована дуговая лампа от
проекционной скамьи (§ 13,
5 и рис. 70).
О включении дуговой лам-
пы — см. § 43, 5—6.
Чтобы избавиться от од-
ной из двух теней и полу-
Рис. 148. Установка для теневого про-
ектирования на горизонтальный экран.
чить резкое изображение,
следует, взяв для проектирования какой-нибудь предмет с
мелкими деталями, менять положение углей относительно друг
друга и в заключение поворачивать дуговую лампу различным
образом впредь до получения желаемого результата.
Много проще воспользоваться в качестве источника света
лампочкой на 12 V, 30 W от кинопроекционного аппарата
(рис. 71, IV). Для этой лампочки, так же как и для вольтовой
дуги, надо на опыте найти подходящее положение для получения
наиболее резкого изображения.
3. Объекты для теневого проектирования. Теневое проекти-
рование следует применять только в тех случаях, когда оно яв-
ляется действительно необходимым. В дальнейших опытах при-
ведены случаи рационального применения этого метода в семи-
летней школе.
Особый интерес представляет теневое проектирование газов
и паров, струи которых становятся явно видимыми на тени.
Проектирование на экран тонкостенной стеклянной посуды (хи-
мических стаканов, колб и т. п.) невозможно, так как её отдель-
ные части, действуя то как собирающие, то как рассеивающие лин-
зы, создают на экране блики, искажающие форму этих предметов
156
$ 24, 4—5
до неузнаваемости. Плоские стёкла, вследствие неправильностей
своей поверхности (углубления и выступы), действующих как
выпуклые и вогнутые цилиндрические линзы, дают при теневом
проектировании тёмные и светлые полосы, в чём легко убедить-
ся, спроектировав кусок оконного стекла. Зеркальные стёкла,
поверхность которых посредством шлифовки делается плоской,
дают на экране равномерную серую тень, лишённую искажающих
бликов. Неплохими для проектирования оказываются стёкла от
фотографических пластинок, с которых смыта эмульсия. В слу-
чае необходимости иметь прямоугольный стеклянный сосуд, его
следует собирать из стёкол от фотопластинок (см. т. III, § 16).
4. Установка для теневого проектирования. Для теневого вер-
тикального проектирования может служить тот же самый экран,
что и для проекционного фонаря. Однако, выгоднее воспользо-
ваться переносным экраном, подвесив его сзади демонстрацион-
ного стола. Тогда проектируемый предмет можно расположить
на этом столе, где он хорошо виден для всех учащихся. Источник
света придётся поместить перед демонстрационным столом на
специальном столике или первом столе, за которым сидят уча-
щиеся.
Для горизонтального проектирования желательно сделать из
клеёной фанеры прямоугольный параллелепипед (куб) высотой
около 1 м со сторонами основания в 50—70 см, который мы в даль-
нейшем будем называть «стол для теневого проектирования». Вни-
зу в боковой стенке стола необходимо для вдвигания источника
света прорезать прямоугольное отверстие, закрываемое дверкой
или задёргивающейся светонепроницаемой занавеской (рис. 453).
Стол закрывают, как крышкой, зеркальным или бемским стек-
лом, предварительно выбрав такое ровное, которое не даёт бли-
ков. Проектирование производится на потолок, который в слу-
чае отсутствия штукатурки оклеивают белой бумагой.
Для получения лучшей видимости отверстие, через которое
проходит свет, закрывают экранами, сделанными из фанеры или
жести и снабжёнными круглыми или прямоугольными прореза-
ми. Это позволит получать освещённое поле на экране такой наи-
меньшей величины, чтобы на нём умещалась только тень предме-
та или его отдельных частей, подлежащих проектированию.
б. Опыт I. Движение проводника в магнитном поле.
Приборы и материалы: 1) Корпус от школьного проекцион-
ного фонаря. 2) Точечный источник света. 3) Прибор для демонстрации дви-
жения проводника в магнитном поле (рис. 376). 4) Батарея из двух-трёх
аккумуляторов или элементов. 5) Ключ. 6) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации, что проводник с электри-
ческим током перемещается в магнитном поле, но в основном
опыт предназначен для овладения техникой теневого проектиро-
£ 6
157
вания. Поэтому особое внимание надо обратить на получение чёт-
кого изображения прибора в теневом проектировании.
1) В качестве источника света взять кинопроекционную лам-
пу на 12 V (рис. 71, V1).
Лампу на 12 V включить через трансформатор (§ 13, 12). По-
местить лампу внутрь корпуса от проекционного фонаря. Напра-
вить пучок света на экран.
2) На расстоянии примерно!—1V2 м от фонаря расположить
прибор: движение проводника в магнитном поле (рис. 145). При
этом прибор должен оказаться в пучке лучей света, падающем на
экран.
3) Повернуть лампу на подставке так, чтобы тень от получае-
мого изображения прибора приобрела резко очерченные грани-
цы, и провод оказался ясно видимым на экране. Приближая и
удаляя прибор от фонаря, найти положение, при котором полу-
чается резкое изображение при достаточном увеличении.
4) Повернуть прибор так, чтобы теневое изображение магни-
та и провода приняло вид, наиболее выгодный для демонстрации
смещения провода между полюсами магнита.
5) Присоединить к прибору батарею из 2—3 элементов или
аккумуляторов через ключ и, включая ток, показать два случая
смещения провода в магнитном поле.
6. Опыт II. Восходящие потоки горячего воздуха.
Приборы и материалы: 1) Установка для вертикального те-
невого проектирования. 2) Спички. 3) Спиртовка или газовая горелка.
4) Лист картона или фанеры. 5) Чугунная гиря в 5 кг. 6) Подъёмный столик.
Опыт служит для демонстрации восходящих потоков возду-
ха, образующихся над пламенем или над сильно нагретым
телом. Для получения отчётливо видимых восходящих потоков
необходимо более тщательное центрирование света, чем в предыду-
щем опыте.
1) Согласно указаниям предыдущего опыта, установить лампу
на 12 V в корпусе фонаря так, чтобы тень от какого-либо пред-
мета получалась с особо резкими границами.
2) На пути распространения лучей света поместить зажжён-
ную спичку или, лучше, лучинку. Приближая и удаляя её от ис-
точника света, найти наилучшее положение, при котором мощные
восходящие потоки воздуха видны наиболее ясно (рис. 149,1).
3) Взять подъёмный столик и, поставив на нём зажженную
спиртовку или газовую горелку, получить теневое изображение
восходящих потоков.
Ч Наиболее удобной является котельная лампа на 12 V, требующая обык-
новенного патрона (рис. 71, VI); для неё пригодна нодставка, изображённая
на рисунке 72.
158
§ Ы, 7
4) На пути потока поместить наклонно лист картона или фане-
ры так, чтобы лист проектировался в виде прямой линии, и на-
блюдать, как поток, скользя вдоль листа, поднимается вверх
(рис. 149, И).
5) Сильно нагреть на примусе чугунную гирю (весом в 5 кг)
или утюг и, поместив на подъёмный столик, получить теневое
изображение восходящих потоков. При этом, чтобы не испор-
тить крышки столика, под гирю подложить лист- асбеста.
7. Опыт III. Наблюдение паров эфира.
Приборы и материалы:!) Установка для вертикального проек-
тирования. 2) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 3) Подъёмный сто-
лик. 4) Серный эфир. 5) Колба. 6) Стёкла от фотографических негативов.
7) Сургуч.
к п.
Рис. 149. Восходящие потоки горячего воздуха в теневом проектировании:
I — поток от пламени спички и II — поток вдоль наклонной площадки.
Опыт служит для обнаружения, что пары эфира тяжелей воз-
духа и их можно переливать из одного сосуда в другой.
1) Прежде чем производить опыт, надо добиться получения
наибольшей видимости струи паров эфира и воздуха. Для это-
го взять бутылку или, лучше, колбу и налить в неё несколько
капель эфира; тогда при небольшом подогревании руками шарооб-
разной части она окажется заполненной парами эфира. Накло-
нить горлышко колбы так, как это делается при выливании жид-
кости, расположив колбу при этом на пути распространения
лучей света установки для теневого проектирования. Наблюдать
за тенью, получаемой на экране, и при этом добиться наилучших
результатов, центрируя источник света. Когда струя вытекаю-
щих из колбы паров станет достаточно ясно видной, менять рас-
стояние колбы от источника света, чтобы получить достаточное
§ 24, 8
159
увеличение при возможно большей резкости изображения
(рис. 150, I).
2) Получить теневое изображение руки и на её ладонь капнуть
из пузырька несколько капель эфира; наблюдать струи паров
бурно испаряющегося эфира.
3) Сосуд с плоско-параллельными стенками из фотопласти-
нок (6 см х 9 еж)1), склеенный (по углам) сургучом или бумагой,
поставить на подъёмный столик или иную подставку и получить
его теневое изображение (рис. 150,11). Пользуясь описанной в
пункте 1 колбой, «наливать» из неё в сосуд пары эфира до тех пор,
пока они не потекут через край. В заключение показать, что пары
эфира могут быть вылиты из сосуда при его наклоне. Опыт сде-
лать несколько раз, добиваясь наилучшей видимости как процесса
наполнения, так и опорожнения сосуда.
I. н.
Рис. 150. Опыты с парами эфира в теневом проектировании:
I— вытенание струи паров из бутылки; II — заполнение сосуда парами. .
Примечание. При опытах с парами эфира иметь в ви-
ду их лёгкую воспламеняемость, почему нельзя в это время
вблизи зажигать спички, а тем более иметь горящую спиртовку или
какую-либо другую горелку.
8. Опыт IV. Магнитные спектры.
Приборы и материалы: 1)Стол для горизонтального тенево-
го проектирования (рис. 148). 2)'Лабораторный штатив. 3) Кинопроекцион-
ная лампа на 12 V (рис. 71, IV). 4) Магниты — два прямых (рис. 342) и
U - образный. 5) Железные опилки. 6) Коробочки с ситом. 7) Зеркальные
стёкла.
*)Об изготовлении — см. т. III, § 16.
160
? 24, s
Опыты служат для демонстрации типичных магнитных спект-
ров, но в основном предназначены для овладения техникой те-
невого проектирования.
1) Закрепить лампу в штативе и поставить её внутри столика
для проекции (рис. 148). Обратить внимание на то, чтобы свет
Рис. 151. Получение магнитного спектра Рис. 153. Получение камерто-
для горизонтальной проекции. ном с остриём графика коле-
баний ветвей.
Рис. 152. Камертон с остриём.
А В С
Рис. 154. Демонстрация явления параллакса.
проходил только через верхнюю часть столика, т. е. сквозь зер-
кальное стекло.
2) Положить на стекло А столика прямой магнит, покрыть его
сверху зеркальным стеклом и посредством сита насыпать на
последнее равномерно же-
лезных опилок. Посту-
чать пальцем по стеклу и
получить спектр прямого
магнита (рис. 151).
3) Поворачивать про-
екционную лампу, при-
давая ей разнообразные
положения до тех пор, по-
ка теневое изображение
спектра на потолке не
станет наиболее чётким.
На правильное центри-
рование источника об-
ратить особое внимание, добиваясь паилучших резулыатов.
4) Взяв четыре куска фанеры, картона или плотной бумаги,
закрыть ими края стекла, оставив свободной лишь ту его часть, где
расположен спектр, и посмотреть, как это отражается на видимости.
§ 24, 9; § 25, 1
161
5) В заключение получить спектры между одноимёнными и
разноимёнными полюсами двух магнитов и для U-образного маг-
нита.
9. Опыт V. Колебательное движение ветвей камертона.
Приборы и материалы: 1) Стол для горизонтального проек-
тирования (рис. 148). 2) Камертон с остриём (рис. 152). 3) Деревянный моло-
точек для камертона. 4) Сухой песок. 5) Сито.
Опыт имеет целью показать, что ветви звучащего камертона
находятся в колебательном движении. Опыт более труден для
своего осуществления, чем получение магнитных спектров.
Воспользоваться установкой предыдущего опыта для горизон-
тального теневого проектирования.
1) На стекло стола посредством сита равномерно насыпать
сухого песка.
2) Для опыта взять камертон, снабжённый на конце одной из
ветвей остриём, т. е. изогнутой заострённой проволочкой. При
отсутствии камертона заменить его вилкой из согнутой железной
полоски.
Возбудить колебания, ударив деревянным молоточком по кон-
цу ветви камертона.
3) Провести остриём по поверхности стекла с насыпанным на
него песком, двигая звучащий камертон к себе в направлении его
ветвей.
4) Повторить опыт несколько раз и добиться, чтобы на песке
в результате движения камертона получалась правильная синусои-
да (рис. 153). При этом надо обратить внимание на правильное
центрирование света, чтобы получить на потолке достаточно рез-
кое изображение синусоидальной кривой.
Глава пятая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО ПРОСТЕЙШИМ
ФИЗИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ.
§ $5. Измерения длины, объёма и веса.
Методическиеуказани’я — см. т. I, §§58 и 59.
Изготовление приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 29—32 и рис. 119—133.
1. Понятие об измерениях. Линейное измерение, как сравне-
ние измеряемой длины с мерой, показывают, прочертив на клас-
сной доске прямую линию. Откладывают на прямой какую-нибудь
условную меру длины (чертёжную линейку), отмечая попереч-
ными штрихами концы отрезков, равных избранной мере. Взвеши-
вание показывают, подобрав заранее тело такого веса, чтобы оно
могло быть уравновешено несколькими одинаковыми гирями.
11 Е. Н. Горячкин
162
§ 25, 2
2. Измерение длин, площадей и объёмов. 1) Измерение
д л й н ы. Из простейших измерительных инструментов пока-
зывают рулетки и различные масштабные линейки (рис. 462), в
том числе демонстрационный метр (рис. 41). Не объясняя устрой-
ства нониуса, желательно показать применение штангенциркуля
для измерений расстояний между точками, толщины и наруж-
ных диаметров цилиндра, внутреннего диаметра и глубины (см.
ф. Э., т. II, § 2, 13). Возможно также в нескольких словах ознако-
мить с назначением кронциркуля (см. Ф. Э., т. II, § 4, 3). Объяс-
нения правил измерения длины сопровождаются демонстрацией
явления параллакса1 > (рис. 154), а также посредством правильного
и неправильного расположения демонстрационного метра, при-
кладываемого между двумя штрихами, нанесёнными на классную
Доску.
2) Измерение площадей. Если доска содержит
нанесённую на неё сетку (§ 6, 7), то, нарисовав на ней замкнутый
контур любой формы, можно показать способ измерения площа-
дей, изложенный в § 62, 3 (рис. 472). Полезными пособиями ока-
зываются квадратные куски картона площадью в 1 см2 и 1 дм2,
а также лист фанеры площадью в 1 ж2, разделённый на квадрат-
ные дециметры.
3) Измерения объёмов. Показывают разборный куби-
ческий дециметр (рис. 5, II) и выполненные из жести или картона
кубический дециметр и кубический сантиметр. Весьма желатель-
на также демонстрация кубического метра (см. т. I, рис. 126).
Литр демонстрируется в виде кружки, а также набором стеклян-
ной посуды, применяемой в быту: бутылки и стандартные стек-
лянные банки из-под консервов (1 л и х/2 л). Измерение объёмов
тел неправильной формы демонстрируется с помощью мензурки
(рис. 469) и отливного стакана (рис. 470), как введение к соот-
ветствующей лабораторной работе (рис. 473) (§ 62).
4) Взвешивание. Чтобы помочь учащимся запомнить, что
вес воды в объёмах 1 см2 и 1 дм2 соответственно равен 1 Г и 1 кГ,
полезно при помощи весов показать, что равновесие весов для
гирь в 1 Г и 1 кГ наступает после заполнения водой сосудов
в 1 см2 и 1 дм2. Для демонстрации берут весы—аптекарские
(рис. 95), технические (рис. 99), Беранже (рис. 97)‘ или демонстра-
ционные (рис. 98). Для разъяснения принципа действия весов
полезными оказываются упрощенные самодельные весы, сделан-
ные из рычага Бакушинского (рис. 476). Показывая взвешивание,
разъясняют правила обращения с весами (§ 15, 3).
5) Измерение времени. Желательно показать уча-
щимся песочные часы, а также секундомер.
9 Учащимся, находящимся в точках Л, В и С, предлагается сделать
отсчёты положения стрелки (указки) по шкале, нанесённой на классную
доску (рис. 154). Показывают также, как изменяется ошибка на параллакс
при удалении и приближении указки к шкале.
§ 26, 1
163
§ 26. Силы и их измерения.
Методические указания — см т. I, § 60.
Изготовление приборов — см. т. III, § 29.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 33 и рис. 134—139.
1. Понятие о силах. 1) Сила — причина измене-
ния движения. Воздействуя рукой,
ние шарик или тележку. Выпуская шарик
из рук, дают ему возможность свободно
упасть. Показывают скатывание шарика
по наклонной плоскости.
2) Виды сил. Кроме мышечной
силы и силы тяжести, следует показать:
силу давления пара, электрическую си-
лу и силу магнитного притяжения. Си-
лу давления пара демонстрируют, на-
приводят в движе-
Рис. 155. Суждение о направлении действия
силы по направлению верёвки.
Рис. 156. Совпадение
нити отвеса с траекто-
рией свободного паде-
ния шарика.
гревая на пламени спиртовки небольшое количество воды в
металлической (а не стеклянной!) пробирке от прибора Тин-
даля (рис. 287). Под давлением пара пробка вылетает. Про-
бирку следует укрепить в штативе наклонно и притом так, чтобы
пробка и брызги горячей воды не попали на учащихся. Электри-
ческую силу обнаруживают с помощью половой щётки, уравнове-
шенной на спинке стула (рис. 1), или линейки — на корешке
книги. Поднося к концу щётки или линейки наэлектризованную
палочку, показывают смещейие этого конца. О демонстрации
силы притяжения магнитом — см. § 47 и рис. 349.
3) Направление силы тяжести. К гвоздю,
вбитому в край классной доски, привязывают бечёвку (рис. 155).
Взявшись за свободный конец бечёвки и натягивая её в различ-
ных направлениях, показывают, что она принимает направление
11*
164
§ 26, 1
действующих сил. Опыт служит для объяснения, почему нить
отвеса показывает направление силы тяжести.
направлений.
Совпадение
с направлением
ти показывают
падающего шарика. Кусочек
картона или фанеры с не-
нити отвеса
силы тяжес-
с помощью
Рис. 158. Отвес (I) и его примене-
ние (II).
большим круглым отверстием закрепляют горизонтально на-
верху лабораторного штатива. Сквозь отверстие дают упасть
шарику на слой песка, насыпанного с той целью, чтобы шарик
не мог скатиться в сторону. Продев сквозь отверстие нить
отвеса, при помощи зеркала С показывают, что остриё рас-
полагается точно над центром шарика (рис. 156). Горизонтальное
направление показывают с помощью установки, изображён-
Рис. 159. I—установка горизонтальной поверхности с помощью отвеса. II—
выкройка из бумаги для изготовления угольника; III—установка в горизон-
тальной плоскости по уровню, помещаемому в направлении 1—1 и 2—2.
$ 2в, 1
165
ной на рисунке 157, применяя кусок фанеры с положенным на
него стальным шариком, чертёжный угольник, сосуд с водой и
отвес.
4) О т в е с, имеющийся в продаже, показан на рисунке 158, I.
Отвес располагают, как показано на рисунке 158, II, и, закрыв
один глаз, определяют, насколь-
ко совпадают между собой про-
вешиваемая линия и нить от-
веса. Установка в горизонталь-
ной плоскости по отвесу по Ба-
кушинскому требует примене-
ния уровня или угольника из
бумаги, сделанного по способу,
изображённому на рисунке 159. '
При установке дощечки поль-
зуются тремя деревянными кли-
нышками.
5) Ватерпас и уровень. Модель ватерпаса, кото-
рую легко изготовить своими силами из фанеры, показана на
рисунке 160. Следует позаботиться о нанесении ясно заметной
метки О, соответствующей положению острия отвеса при горизон-
тальном направлении основания АВ. Уровень демонстрируют в
виде модели, у которой трубка с пузырьком воздуха сделана боль-
ших размеров и преувеличенно изогнута (рис. 161, III). Необ-
///
Рис. 161. Уровни (I и II) и модель
уровня (III).
ходимо также показать уровни, применяемые на практике
(рис. 161, I и II).
6) И з м е р е н и е сил. Подвешивают на штативе спираль-
ную пружину с чашкой на конце и, производя манипуляции, опи-
санные в § 64, 5, устанавливают закономерность, что величина
удлинения прямо пропорциональна действующей силе. Для опы-
та можно воспользоваться также школьным динамометром, уда-
лив у него кожух (рис. 162). Надо показать динамометры следую-
щих типов; школьный (рис. 103); Бакушинского (рис. 104);
демонстрационный (рис. 105). Описание их устройства приведено
в § 15, 7. Полезно познакомить с устройством медицинского сило-
мера, продемонстрировав, между прочим, опыт, представленный
на рйсунке 130 в т. I.
166
§ 27, 1—2
Глава шестая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО СВОЙСТВАМ ТВЁРДЫХ,
ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ.
§ 27. Свойства твёрдого тела.
Методические указания — см. т. I, § 63.
Изготовление приборов — см. т. III, § 30.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 34 и рис. 143—149.
1. Методические замечания. Демонстрационные опыты по те-
ме «Твёрдое тело» немногочисленны и просты и должны обнару-
жить: простейшие виды изменений формы твёрдого тела — рас-
Рис. 162. Демонстрация удлинения пружины динамометра различными
грузами.
тяжение, сжатие и изгиб, и свойства твёрдых тел — упругость,
пластичность, хрупкость и т. д., а также давление тела на опору.
2. Растяжение, сжатие и изгиб. Растяжение показывают,
растягивая руками или же при помощи подвешиваемых гирь
(рис. 162) пружину, резиновую трубку или нитку. Эффектен
опыт с растяжением резиновой полоски, показанный на рисун-
ках 619—620 вт. II Ф. Э. Сжатие проще всего продемонстриро-
вать, сжимая между губками тисков и в струбцинке мягкую
резинку для стирания карандаша (рис. 163, I). Изгиб получают,
изгибая руками линейку. Изгиб демонстрируют также, оперев
§ 27, 3—4
167
1
Рис. 163. Демонстрация сжатия резины
(I). Упругая звёздочка из пласти-
ческого материала (II).
линейку концами на две подставки и поместив на её середину
достаточно тяжёлую гирю (см. т. I, рис. 128—137).
. Попутно можно показать кручение, скручивая руками тон-
кую школьную линейку.
3. Свойства твёрдых тел. 1) Упругость. В качестве
упругих тел демонстрируют стальную полоску, пружину, резино-
вую трубку или нитку. Эффектен опыт с прыгающим стальным
или стеклянным шариком,
падающим на стальную
плиту или на метлахскую
плитку1).
Для опыта устанавли-
вают плитку по уровню
строго горизонтально и
ставят на неё ламповое
стекло или стеклянный
цилиндр, нужные для то-
го, чтобы шарик не скаты-
вался в сторону при не-
правильном отражении.
Шарику дают возможность
упасть на плитку, выпус-
кая его из руки без толчка. Не хуже стального на каменной
плитке станет прыгать стеклянный шарик.
Проявление упругости следует показать у хрупких тел, слег-
ка изгибая для этого длинную стеклянную трубку или полоску
оконного стекла, и пластических тел, бросая на пол звёздочку,
сделанную из мятого чёрного хлеба (рис. 163, II).
2) Тягучесть демонстрируется растягиванием подо-
гретого сургуча, воска или пластелина. В холодном состоянии хо-
рошо растягивается руками медный провод толщиной в 0,3—0,5 мм,
для чего один конец его следует привязать к гвоздю, вбитому
в стену. Тягучесть показывают также, расковывая молотком кус-
ки свинца или меди на наковальне или перевёрнутом утюге.
3) Хрупкость. Поочерёдно кладут на наковальню ку-
сочки кирпича, сахара, сургуча и т. п. и заставляют их рассы-
паться в порошок под ударом молотка.
4) Пластичность. Вылепляют из пластелина, размяг-
чённого воска, сырой глины и т. п. какую-нибудь фигуру.
4. Давление твёрдого тела. 1) Опыт со столиком.
В дощечку по углам вбивают четыре гвоздя так, чтобы получи-
лось нечто подобное игрушечному столику. Столик ставят нож-
ками на поверхность песка, насыпанного в стеклянную банку
(рис. 164). На крышку столика ставят достаточно тяжёлую гирю
и показывают, что ножки уходят в песок. Затем перевёртывают
Метлахскими плитками покрывают пол в ванных комнатах.
1F8
§ 1
столик ножками кверху и показывают, что крышка не погружает-
ся в песок.
2) О п ы т с мылом. Кусок хозяйственного мыла конца-
ми опирают на подставки и перекидывают через него петлю из
тесёмки. Подвешивают к петле гирю и обнаруживают, что тесьма
Рис. 164. Опыты с давлением твёрдого тела.
не режет мыла. Повторяют опыт, заменив тесьму тонкой проволо-
кой или суровой ниткой, и демонстрируют разрезание мыла на
две части весом того же груза.
§ 28. Свойства жидкости.
Методические указания — см. т. I, § 64.
Изготовление приборов — см. т. III. § 31.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 41—42 и рис. 169 — 178.
1. Методические замечания. Количество опытов, которые мо-
гут быть показаны по данной теме, весьма значительно. На пер-
вый взгляд они отличаются кажущейся простотой по технике своего
проведения, почему преподаватель иногда не уделяет достаточ-
ного времени на их подготовку. В результате часть опытов со-
всем не выходит; остальные много теряют в своей выразительно-
сти и, в частности, оказываются недостаточно хорошо видимыми
для учащихся.
Наиболее трудными для успешного выполнения являются
демонстрации давления внутри жидкости, давления снизу вверх.
Первая демонстрация требует подбора надлежащего натяжения
плёнки, испытывающей давление жидкости, и достаточно чув-
ствительного манометра (рис. 269). Вторая демонстрация с до-
нышком цилиндрического сосуда, поддерживаемым давлением
жидкости, нуждается в довольно многочисленных упражнени-
ях, пока преподаватель не овладеет соответствующей техникой
(рис. 177).
§ 28, 2—3
169
Помимо обращения самого серьёзного внимания на продуман-
ную и тщательную подготовку опытов следует, в целях обеспече-
ния наилучшей видимости, прибегать к подкрашиванию воды
(§ 11, 4) и к применению экранов фона, в том числе и просвечи-
вающего (§ 12, 7). Эффективность опытов в этом случае сильно
возрастёт по сравнению с обычными способами демонстрирования
их.
2. Обзор опытов по теме «Свободная поверхность у жидкостей.
Форма жидкостей». 1) Объём. Тот факт, что жидкость занима-
ет определённый объём, хорошо из-
вестен учащимся, но всё же полезно
провести демонстрацию, изображённую
на рисунке 33, стр. 35 Ст. уч., часть 1.
2) Форма. Для подтверждения,
что жидкость принимает форму сосуда,
переливают подкрашенную воду в мен-
зурку, колбу, стакан и т. п.
3) Горизонтальность сво-
бодной поверхности жид-
кости показывают, прикладывая чер-
тёжный угольник одним из его кате-
тов к поверхности жидкости, налитой
в стеклянный широкий сосуд (крис-
таллизатор, аквариум); вдоль другого
катета направляют нить отвеса, под-
Рис. 165. Демонстрация
горизонтальности свобод-
ной поверхности жид-
кости.
вешенного к лапке штатива (рис. 165).
Полезно, как это указано в Ст. уч.,
часть 1, рис. 35 и 36, наклонить со-
суд. В методическом отношении весь-
ма интересна демонстрация, при-
ведённая у Сахарова, стр. И и 12, рис. 5, 6 и 7.
В заключение, взяв стакан и наклоняя его над кюветкой,
следует показать, что выливание жидкости из сосуда является
следствием стремления её сохранить горизонтальность своей сво-
бодной поверхности.
3. Обзор опытов по теме «Сообщающиеся сосуды». 1) С о с у-
д ы. В продаже имеются сообщающиеся сосуды самой разнооб-
разной формы. Одинаковость уровня жидкости в них показывают
на фоне просвечивающего экрана (см. § 12, 7), наполнив их под-
крашенной водой (рис. 166, I).
В методическом отношении оказываются более полезными сооб-
щающиеся сосуды, сделанные самим преподавателем, из воронки
и стекла от лампы или из двух ламповых стёкол и т. п. (Ст. уч.,
рис. 38—41), соединённых между собой резиновой трубкой, ко-
торая снабжена зажимом Мора (рис. 167) (см. т. 1, рис. 17).
Меняя на фоне экрана уровень подкрашенной воды в одном сосуде
подъёмом его или подливанием воды, получают изменение уровня
170
§ 28, 4
в другом. В частности, демонстрируют действие
фонтана. Показывая чайник, кофейник и дет-
скую лейку в качестве сообщающихся сосудов,
демонстрируют, по какой причине происходит
выливание жидкости через носик.
4. Обзор опытов по теме «Давление жид-
кости». 1) Сравнение давлений твёр-
дого те ла. Интересная демонстрация ста-
Рис. 166, I. Сообщающиеся сосуды
различной формы.
Рис. 166, II. Модель
дна сосуда (кв. см) и
столбика (куб. см.)
жидкости.
тического порядка приведена у Цингера (стр. 105, рис. 127)
для сравнения давления твёрдого тела (брусок в стакане),
сыпучего (дробь) и жидкости. Галанин в книге «Демон-
страции и лабораторные работы по физике в неполной средней
Рис. 167. Зажимы М о р а (II) и Гофмана (I).
§ 28, 4
171
школе» (1936) в опыте 12 на стр. 18, применяя бумажную коро-
бочку и вставляя в неё сначала брусок, затем насыпая песок, при-
даёт динамичность этой демонстрации. Проф. Хвольсон
высказался против демонстрации с бруском, поставленным внутрь
стакана, применяемой в качестве иллюстрации давления лишь
на одно дно, а не на стенки; действительно, этот опыт в методи-
ческом отношении является спорным.
Рис. 168, I. Прибор для обнаружения давления на дно.
2) Давление на дно показывается с общеизвестным
прибором (рис. 168). Обнаружение силы давления производится
или посредством прогибания тонкой резиновой плёнки А, воз-
действующей через диск С и стержень D на рычаг В со стрелкой
(рис. 168, II), или отпадением дна Е, уравновешенного с помощью
рычага F, нагружаемого на свободном конце чашкой с соответст-
вующим грузом. Более простой является демонстрация стеклян-
ной трубки лампового стекла или перевёрнутой воронки, у кото-
рых дном служит очень тонкая резиновая плёнка. Однако прогиб,
вызываемый давлением воды, весьма невелик и поэтому плохо
заметен.
3) Давление на стенки чаще всего демонстриру-
ется при помощи сосуда с тремя отверстиями (рис. 169). Судя по
интенсивности или дальности полёта струй, можно заключить
об увеличении давления с возрастанием глубины. Опыт лучше
выходит, если расположить сосуд на какой-нибудь подставке.
172
§ 28, 5
4) . Давление внутри жидкости—см. разде-
лы 8 и 9.
5. Манометры водяные и ртутные. В продаже имеются
лишь укороченные, закрытые ртутные манометры, находящие
себе применение при работах с воздушным насосом (рис. 170).
Между тем совершенно необходимо располагать по меньшей мере
Рис. 168, II. Два способа
обнаружения давления на
дно (прогиб плёнки и отпа-
дение дна).
двумя открытыми манометрами: водяным и ртут-
ным (рис. 171). Изготовление их своими сила-
ми затруднений не представляет и описано в
т. Ill, § 31.
При хранении открытые концы трубок у
манометров во избежание засорения пылью, а
Рис. 170. Ма-
нометр — ртут-
ный закрытый.
также испарения жидкостей следует держать
заткнутыми кусочками ваты. Желательно также построить
спиртовой манометр высотой в 30—40 см.
Действие манометра легко
разъяснить посредством опыта
(Ст. уч., рис. 61, стр. 47) с
воронкой, у которой узкий
конец соединён с водяным ма-
нометром, а широкий затянут
тонкой резиновой плёнкой. Де-
монстрируя ртутный манометр,
воздух нагнетают или, наобо-
рот, разрежают воздушным на-
сосом (Шинца или Комовского,
§ 31) или же просто ртом в
Рис. 169. Сосуд с тремя отверстиями, сосуде, соединённом с мано-
метром.
Особого внимания заслуживают манометры с просвечиваю-
щей шкалой. Для этого вертикальную стойку панели снабжают
прямоугольными прорезами (окнами), заклеенными писчей бу-
§ 28, 6—7
173
магой с нанесёнными на неё делениями.
При помещении сзади манометра элек-
трической лампочки его шкала просве-
чивает и делает особо заметной разницу
уровней. Подобный манометр имеется
в продаже (рис. 174 и 211).
6. Опыт I. Передача давления жид-
костью и газом.
Приборы и материалы:
1) Шар Паскаля (рис. 172). 2) Кюветка.
3) Дымарь (рис. 60). 4) Папиросы. 5) Спички.
Опыт служит для демонстрации того,
что давление, оказываемое на поверх-
ность жидкости или газа, передаётся
ими во все стороны и притом в равной
мере.
В продаже имеются стеклянные ша-
ры Паскаля со стеклянными цилиндром
и поршнем, обмотанным ниткой (рис.
172, 1). Как редкость, встречаются ме-
таллические сосуды с кожаным порш-
нем. Лучше всего, когда на шаре
имеется всего лишь один пояс отвер-
стий; тогда жидкость разбрызгивается
в одной плоскости, а не во все сто-
роны, что оказывается крайне неудоб-
ным для экспериментатора.
1) Зарядить дымарь папиросой
(§ 12, 10) и, вынув поршень, наполнить
шар дымом. Вставить поршень на своё
место и, надавливая на него рукой,
показать, что дым выходит из отверстий
Рис. 171. Манометр —
открытый водяной или
ртутный.
струями, перпендикулярными к поверх-
ности и имеющими одинаковую интенсивность. Выяснить, на
каком фоне (чёрная классная доска или белый экран проекцион-
ного фонаря) обеспечивается наилучшая видимость опыта.
2) Наполнить шар Паскаля водой и, расположив его над
большой кюветой, произвести опыт. Сравнить видимость на чёр-
ном и белом фонах.
7. Опыт II. Давление на жидкость.
Приборы и материалы: 1) Резиновая надувная подушка
или круг для больного (рис. 173). 2) Стеклянная толстостенная трубка.
3) Подкрашенная вода. 4) Чертёжная доска или деревянный щит площадью
в Va—Vi м'2- 5) Метровая линейка.
174
£ 28, 8
Опыт служит для демонстрации распределения силы давле-
ния груза на площадь и парадоксального уравновешивания ве-
са человека небольшим столбиком воды.
1) К резиновым надувным подушке или кругу для больного
присоединить через сосок (удалив из него клапан) стеклянную
трубку длиной около 1 м (рис. 173, I).
Рис. 173. Уравновешивание человека
столбом жидкости (II) (старинный ри-
сунок) и медицинский резиновый круг
со стеклянной трубкой для такого же
опыта (I).
Рис. 172. Шар Паскаля,
стеклянный (I), и устройство
поршня (II).
2) Заполнить подушку подкрашенной водой и, положив её
на пол, накрыть чертёжной доской или ровным щитом из досок.
Стеклянную трубку при этом расположить вертикально.
3) Поставить на щиток человека и измерить метровой линей-
кой высоту уравновешивающего столбика воды, повторяя извест-
ный исторический опыт (рис. 173, II).
8. Опыт III. Давление внутри жидкости.
Приборы и материалы:!) Две малые химические воронки.
2) Резиновая плёнка. 3) Кусок железной проволоки. 4) Резиновая трубка,
толстостенная. 5) Водяные манометры (рис. 269 и 171).
Опыт служит для доказательства существования давления
жидкости на площадку, как бы она ни была расположена внутри
жидкости, и увеличения давления по мере глубины погружения.
1) Химические воронки затянуть тонкой резиновой плёнкой
(детская соска, напальчик), натянув её у одной воронки сравни-
тельно слабо, у другой — сильнее. К горлышку воронок прикре-
§ 28, 9
175
пить куски железного или медного провода, как показано на рисун-
ке 175. Провод должен быть взят достаточно жёстким, чтобы посред-
ством соответствующего изгиба его можно было, погружая воронку в
жидкость, располагать плёнку различным образом. Воронку при-
соединить толстостеннойх) резиновой трубкой к манометру
(рис. 174). Уравнять уровни в манометре.
2) Опускать воронку в высокий
сосуд с водой и замечать показа-
ния манометра на различной глу-
бине. Заменить воронку другой и
решить, с какой из них опыт вы-
ходит лучше.
Рис. 175. Расположение воронки
внутри жидкости для обнаружения
равенства давлений на одном гори-
зонте.
Рис. 174. Манометр (с просвечиваю-
щей шкалой) с воронкой, затянутой
резиновой плёнкой для обнаруже-
ния давления внутри жидкости.
3) Повторить те же наблюдения, заменив манометр другим с
наклонной трубкой (рис. 269).
4) Сгибая соответствующим образом проволоку, ориентиро-
вать воронку в одной горизонтальной плоскости различным об-
разом (рис. 175), чтобы обнаружить неизменность давления.
5) Воспользоваться капсюлем (рис. 176) и наклонным маномет-
ром и повторить опыт. Сравнить чувствительность капсюля и
воронки (рис. 175 и 176).
6) Сравнить видимость опыта с просвечивающим экраном и
без него.
9. Опыт IV. Давление снизу вверх.
Приборы и материалы:!) Стеклянный цилиндр с отнимающим-
ся донышком. 2) Ламповое стекло. 3) Кружок из картона. 4) Нитка. 5) Сосуд
с водой. 6) Пипетка. 7) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий
(рис. 56 и 57).
Опыт более наглядно, чем предыдущий, обнаруживает явле-
ние давления внутри жидкости, направленного снизу вверх, и
позволяет в некоторой мере судить о величине этого давления.
х) Тонкостенная трубка легко образует перегибы.
176
§ 28, 9
Рис. 176. Капсюль А для обнаружения давления внутри
жидкости. Крючок В служит для укрепления капсюля к
верхнему краю сосуда.
1) Плотно приложить стеклянный кружок А к притёртому
краю основания цилиндра и, удерживая кружок ниткой, погрузить
в сосуд с водой, как указано на рисунке 177. Отпустить нитку,
донышко отва-
повторять опыт
пор, пока до-
Если
лится,
до тех
нышко не будет дер-
жаться. ”
выяснить,
условиях донышко луч-
ше удерживается, когда
оно прикладывалось су-
хим или смоченным.
2) Погрузив цилиндр
достаточно глубоко, ос-
торожно пипеткой на-
ливать внутрь цилиндра
воду. Выяснить, при
какой высоте налитой
Рис. 177. Опыт для обнаружения давления
снизу вверх: I — опыт с приставным доныш-
ком; II — «клапан Бойля» (старинный
рисунок).
Путём проб
при каких
воды отпадает донышко.
3) Повторить опыт,
взяв ламповое стекло
и кружок из картона,
£ 28, 10; § 29, 1—2
177
прикрепив к нему (сургучом) нитку. Сравнить результаты
обоих опытов.
4) Выяснить видимость опыта при применении различных
экранов фона — белого, чёрного и просвечивающего.
10. Вопросы к отчёту Студента:
1) Определить целевые установки всех проделанных опытов и сделать
зарисовки.
2) Каким образом надо поступить, если отверстия сделаны на всей по-
верхности шара Паскаля?
3) Нужно ли подкрашивать жидкость для опыта Паскаля?
4) Можно ли считать демонстрацию (рис. 172) для объяснения закона
Паскаля вполне удовлетворительной в методическом отношении?
5) Какую стеклянную трубку нужно взять для опыта с подушкой
(рис. 173) — с большим диаметром или с малым?
6) Скажется ли на результатах опыта, если в подушке остался воздух?
7) Какой из манометров является наиболее чувствительным — ртут-
ный, водяной или спиртовой, а также с вертикальной или наклонной труб-
кой?
8) Можно ли заменить стеклянную трубку А в опыте с подушкой
(рис. 173) манометром — ртутным или водяным (рис. 171)?
9) Может ли оказать влияние на результаты опыта (рис. 176) величина
диаметра трубки манометра и длина резиновой соединительной трубки?
10) Не выгоднее ли для увеличения показаний манометра в опыте
(рис. 175) брать большую площадь резиновой плёнки, заменяя поэтому хими-
ческую воронку капсюлем от телефонной трубки или коробочкой из-под гута-
лина.
И) Какой из опытов — описанный выше в разделе 7 или указанный в
Ст. уч. часть 1, стр. 48, рис. 62 и 63: а) проще по технике своего осуществле-
ния? б) даёт лучшие результаты? в) более ценен в методическом отношении?
12) Для получения лучшей водонепроницаемости между отпадающим
донышком и цилиндром их можно смазать вазелином. Почему это не рекомен-
дуется делать?
§ 29. Закон Архимеда для жидкостей и газов.
Методические указания — см. т. I, §§ 42, 4, 65 и 67.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 31 и 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 46 и рис. 194—201.
1. Методические указания. Количество демонстраций на закон
Архимеда и его следствия, в том числе по вопросу плавания тел,
весьма велико и разнообразно. На уроках приходится ограничи-
ваться сравнительно небольшим числом опытов, но многие демон-
страции могут служить благодарным и интересным материалом
для внеклассных занятий кружкового характера.
Дальше приведены лишь важнейшие опыты; демонстрация же
самого закона Архимеда рассмотрена в трёх различных вариан-
тах, в основном с целью суждения по вопросу о взаимоотношении
между собой методики и техники эксперимента.
2. Обзор опытов по теме: «Закон Архимеда». 1) Выталки-
вающая сила. Для обнаружения действия выталкиваю-
щей силы полезен прибор, указанный в Ст. уч., часть 1, рис. 70
12 Е. Н. Горячкин
178
§ 29,2
и 71 на стр. 54. В качестве поплавка может быть взята деревян-
ная палочка, обмотанная внизу проволокойх) или нагружён-
ная на конце иным грузом, например, привязанной гирькой,
картофелиной и т. п. Возможно также воспользоваться арео-
метром.
Опыт сводится к обнаружению, что поплавок, погружаемый
посредством пальца глубже нормального для него положения,
после прекращения действия внешней силы выпрыгивает кверху.
Опыт служит введением к последующим демонстрациям закона
Архимеда, на которых устанавливаются количественные взаимо-
отношения.
2) Закон Архимеда. В качестве вводных опытов
рекомендуются описанные в разделе 5, позволяющие сравнить
величину выталкивающих сил, действующих: а) натела различно-
го объёма в одной жидкости и б) на одно и то же тело в разнород-
ных жидкостях. После этого приводится демонстрация с целью
выяснения величины выталкивающей силы.
Показ закона Архимеда требует демонстрационных весов или
динамометра и специального прибора, называемого ведёрком
Архимеда.
Ведёрко Архимеда состоит из полого металличе-
ского сосуда D и цилиндрического тела Е, объём которого равен
вместимости сосуда (рис. 181 и 183). Сосуд со стороны своего от-
крытого конца снабжён «рукояткой», снизу — крючком. Крючок
имеется также у цилиндра Е и служит для подвешивания его к
ведёрку. Выпускавшиеся ранее в продаже демонстрационные ве-
сы снабжались, кроме двух обычных, ещё третьей чашкой на уко-
роченном подвесе (рис. 98). Эта чашка с крючком предназначалась
для подвешивания ведёрка. Таких весов в настоящее время в прода-
же нет, и поэтому демонстрацию проводят на обыкновенных тех-
нических весах (рис. 99). Весы Беранже также оказываются при-
годными и для демонстрации, но в этом случае для подвешивания
ведёрка приходится изготавливать специальный штатив (крючок)
(см. Ц и н г е р, рис. 153). Иной характер в методическом отно-
шении имеет демонстрация посредством весов Беранже, описан-
ная в разделе 7.
Наиболее простым по технике своего осуществления и более
ценным в методическом отношении является показ закона Архи-
меда при помощи динамометра или специального прибора И ПО
(см. раздел 8).
Наиболее простой опыт приводит Сахаров (стр. 55, рис. 77).
Там же (рис. 78, стр. 56, задача ИЗ) описывается интересное
и важное в принципиальном отношении явление, когда кусок
парафина не всплывает в воде при известных условиях (отсут-
ствие давления снизу вверх).
А) Наиболее пригоден в этом случае освинцованный телефонный кабель.
§ 29, 3
179
//
о
I г
Рис. 179. Арео-
метры для
D>1 и Ъ<1.
3. Обзор опытов по теме: «Плавание тел в жидкостях». 1) Во-
долаз Декарта. Опыт служит для объяснения погружения и
всплывания подводной лодки. Описание наи-
более простого прибора — см. раздел 9.
2) Плавание тел. Различную глубину
погружения при плавании тел показывают,
пуская на воду пробку и брусочки дерева из
двух пород различного удельного веса, напри-
мер, ели и дуба (Ц и н ге р, рис. 163). Взве-
шивая брусочки и вычисляя вес воды в объёме
погружённой части,что легко сделать для прямо-
угольной формы, можно установить равенство
весов брусков и вытесненной ими жидкости.
То же можно воспроизвести, взвесив пробирку
с насыпанной внутрь её дробью и замечая по
делениям мензурки, какой объём воды вытес-
няется при плавании (рис. 178).
Подобный опыт иногда проводят в
виде лабораторной работы для
учащихся (Б а к у ш и н с к и й,
Организация лабораторных работ,
стр. 37, работа 2).
Очень важно провести демон-
страцию плавания в воде льда,
обратив внимание учащихся на
величину погружённой части.
Потопление или плавание тела
в различных жидкостях можно
продемонстрировать, опуская же-
лезный гвоздик в ртуть и в воду.
Более интересно воспроизвести
опыт, описанный в разделе 10 с
картофелиной или куриным яйцом,
опущенным в воду и в раствор
Рис. 178. поваренной соли.
Опыт с пла- 3) Ареометры. Примене-
вающейпро- ние ареометров для измерения
р * удельных весов жидкости не яв-
ляется предметом изучения в семи летней школе, но обыч-
но демонстрируется принцип их действия.
Преподаватель же должен, уметь производить измерения арео-
метрами, что ему окажется полезным, в частности, при приготов-
лении различных растворов. Ареометры, имеющиеся в продаже,
бывают двух типов: для удельных весов, меньших единицы, обыч-
но от 0,65 до 1 и для удельных весов, больших единицы, от
1 до 2 (рис. 179). Однако, кроме указанных, применяются арео-
12*
180
$ 29, 4—5
метры специального назначения: лактометры, спиртометры и пр.
со шкалами, проградуированными в меньших пределах или в
условных
(градусах Боме).
Интересен опыт для сравне-
ния погружения ареометра в
спирт или горячую воду, в воду
со льдом и в раствор соли
(рис. 180).
Об устройстве ареометров —
см. Ф. Э., т. II, § 12, И.
4. Обзор опытов по теме: «За-
кон Архимеда для газов». ^За-
кон Архимеда. Демон-
страция закона Архимеда для га-
зов трудностей не представляет,.
но требует применения сравни-
тельно чувствительных, напри-
мер, технических, весов (см.
раздел 11). Кроме того, надо
иметь в своём распоряжении
источник углекислого газа (при-
бор Киппа; сухой лёд: баллон
с углекислотой). Углекислый
газ добывают, действуя на мра-
мор соляной кислотой или на
соду раствором какой-нибудь
кислоты (уксусной, виннокамен-
ной, серной и т. п.).
2) Плавание в воз-
духе демонстрируют, пуская
мыльные пузыри, наполненные
водородом (см. раздел 12). Для
цели возможно приобрести детскую игрушку —летаю-
делениях
Рассол
Спиот
Рис. 180.
щей силы
вода
Зависимость выталкиваю-
от удельного веса жид-
кости.
этой же
щий воздушный шар. В т. III, § 32 приведены указания для
изготовления модели монгольфьера. В продаже имеются резиновые
шары-пилоты (диаметром около 1 м), но наполнять их надо •
водородом; при надувании светильным газом они не взлетают.
5. Опыт I. Выталкивающая сила.
Приборы и материалы: 1) Два рычага (рис. 476). 2) Три
картофелины. 3) Гиря в 100 г. 4) Три стакана — два с водой и один со спир-
том. 5) Нитки. 6) Нож.
Опыты имеют целью—обнаружить и сравнить выталкиваю-
щие силы, действующие на тела, погружённые в жидкость. Рас-
сматриваются два случая для тел равной массы: 1) различного
объёма, погружаемых в воду, и 2) одинакового объёма, но помещае-
мых в различные жидкости.
£ 29t 6
181
1) На рычаге, например, от лабораторного прибора Вакушин-
ского (рис. 476), илина коромысле от аптекарских весов, сняв чаш-
ки (рис. 95), подвесить: в одном опыте — гирю в 100 г и картофе-
лину и в другом —две одинаковые картофелины. Подрезая кар-
тофелины, добиться равновесия на каждом из рычагов.
2) Опустить одну картофелину в стакан с водой и обнаружить
нарушение равновесия.
3) Опустить картофелину и гирьку в отдельные стаканы с во-
дой и показать, что равновесие нарушается, т. е. продемонстри-
ровать зависимость величины выталкивающей силы от объёма
тела (см. т. 1, рис. 10).
4) Опустить картофелины—одну в стакан с водой и другую в
стакан с денатурированным спиртом или керосином и обнаружить,
что вода действует с большей выталкивающей силой, чем спирт
или керосин. ।
5) Выяснить, какова видимость эксперимента. Принять над-
лежащие меры к её обеспечению.
6. Опыт II. Демонстрация закона Архимеда на технических
весах.
Приборы и материалы:!) Технические весы. 2) Скамеечка.
3) Ведёрко Архимеда (рис. 181). 4) Сосуд с водой. 5) Пипетка. 6) Тара.
7) Экраны фона — чёрный и белый.
При подготовке опыта необходимо сделать скамеечку или сто-
лик из двух деревянных брусочков и кусочка фанеры (рис. 181).
Указать наперёд размеры этой скамеечки нельзя, так как они
зависят от размеров весов. Скамеечку делают такой высоты и ши-
рины, чтобы она не оказывала препятствий небольшим колеба-
ниям чашки весов около положения равновесия.
1) Установить весы для точного взвешивания. Подвесить к ле-
вой чашке весов ведёрко Архимеда и к нему на нитке цилиндри-
ческое тело так, как показано на рисунке 181, I. Расстояние меж-
ду ведёрком и телом подобрать таким, чтобы при колебаниях
весов во время опыта тело не выходило из воды, а ведёрко не по-
гружалось в воду. Подвесив ведёрко с телом, уравновесить их ка-
кой-либо тарой.
2) Поставить на скамеечку стеклянный сосуд с водой и убе-
диться, что равновесие нарушилось благодаря действию на погру-
жённое в воду тело выталкивающей силы (рис. 181, II).
3) Заполнять ведёрко водой при помощи пипетки^до тех пор,
пока равновесие не восстановится (рис. 181, III). При этом окажет-
ся, что ведёрко надо налить точно до верхнего края, т. е. взять воду
х) Наливание воды следует производить при помощи пипетки, так как
это позволит последнюю порцию воды вводить каплями, чтобы «не пере-
полнить» ведёрка и не вызвать перевешивания им тары. Это может случить-
ся, когда вода, влитая в излишнем количестве, установится поверх края
ведёрка в виде выпуклого мениска.
182
g 29, 7
Рис. 181. Демонстрация закона
Архимеда на технических
весах.
в объёме погружённого тела.
4) Проводя демонстрацию,
обратить особое внимание на
обеспечение видимости, для
чего необходимо на стрелку
и шкалу весов сделать на-
садки из бумаги (§ 11, 3 и
рис. 42) и подобрать экран
для создания фона.
7. Опыт III. Демонстрация закона Архимеда на весах Беранже.
Приборы и материалы: 1) Весы Беранже. 2) Отливной ста-
кан. 3) Самодельный штатив для подвешивания тела. 4) Тело (указания —
ниже). 5) Два стакана или мензурки. 6) Гиря. 7) Подставка. 8) Тара.
Демонстрация закона Архимеда при помощи весов Беранже
в техническом отношении является более сложной, чем описан-
ная в предыдущем опыте, но не требует ведёрка Архимеда.
Для опыта необходим стакан с носиком, носящий название
отливного (§ 62, 1 и рис. 470). Заранее следует изготовить из квад-
ратной дощечки и куска жёсткой проволоки штатив В с крючком
для подвешивайия к нему тела (рис. 182). Тело А лучше всего
взять возможно большего объёма, насколько это позволяют раз-
меры отливного стакана, и притом сравнительно малого удель-
ного веса, приближающегося к удельному весу воды. Наиболее
подходящими телами оказываются: картофелина, фарфоровый
изолятор или два-три крупных ролика, связанных вместе.
1) Собрать установку, согласно рисунку 182, подвесив тело на
нитке такой длины, чтобы оно при колебаниях весов не выходи-
5 29, 7
183
ло из воды, заполняющей отливной стакан С, когда оно будет по-
гружено в воду. При этом оно не должно также касаться ни сте-
нок, ни дна сосуда. Так как тело взято сравнительно большего
объёма, а следовательно, значительного веса, то во избежание
перекувыркивания штатива на его основание придётся поставить
какую-либо гирю D,
На левую чашку весов поместить стакан Е, куда потом будет
налита вода, вытесненная телом, погружённым в отливной стакан.
Рис. 182. Демонстрация закона Архимеда на весах Беранже
(теневая проекция).
2) Отливной стакан С заполнить водой до предела, т. е. чтобы
наливаемая в него вода стала выливаться наружу через носик.
Стакан отставить в сторону.
3) Не погружая тела А в отливной стакан, уравновесить на
левой чашке штатив В с телом А и пустой стакан Е гирями или
тарой, кладя их на правую чашку весов.
4) Придвинув к весам отливной стакан С, осторожно погру-
зить в него подвешенное тело, собрав при этом всю (до капли)
выливающуюся из носика воду в стакан F. Убедиться, что весы вы-
шли из равновесия и что при этом тело не касается ни стенок, ни дна
отливного стакана.
5) Воду, вылившуюся из отливного стакана, перелить в ста-
кан £*, стоящий на левой чашке, что должно восстановить равно-
весие.
Если же этого не случится, то, следовательно, опыт был
выполнен недостаточно тщательно (отливной стакан был на-
полнен не до предела, собрана не вся вода, вытесненная телом,
и т. п.).
184
$ 29, 8—9
соответствующие
Рис. 183. Прибор
И. П. О. для демон-
страции закона
Архимеда.
Опыт в этом случае надо повторить, чтобы добиться нужных
результатов.
6) Выяснить видимость опыта и для её обеспечения принять
>ры (экраны фона, подкрашенная вода, на-
садки на указатели весов и т. п., о чём—см.
§ 11, 3 и 4).
8. Опыт IV. Демонстрация закона Ар-
химеда при помощи динамометра.
Приборы и материалы: 1) Прибор
И. П. О. (рцс. 183). 2) Сосуд с водой. 3) Штатив.
4) Пипетка.
Прибор И.П.О. для демонстрации закона
.Архимеда состоит из пружины А, укреплён-
ной на железной раме и служащей динахмо-
метром (рис. 183). О степени растяжения пру-
жины судят по дисковому указателю В, пе-
ремещающемуся вдоль шкалы. Для отметки
того или иного положения указателя дина-
мометра, кроме делений на шкале, имеется
металлическая стрелка С, которую можно
установить в любом месте. Кроме динамо-
метра, в состав прибора входит ведёрко D
и цилиндрическое тело Е, по своему объ-
ёму равное вместимости ведёрка.
1) Динамометр с подвешенными к нему
ведёрком и телом прикрепить к лапке шта-
тива. Для упрощения техники опыта тело следует подвесить
к ведёрку с помощью проволоки или нитки длиной около 10 см.
Заметить подвижной стрелкой положение указателя динамометра.
2) Погрузить тело в сосуд с водой и обнаружить, что показания
динамометра уменьшились под действием силы, выталкивающей
тело из воды.
3) При помощи пипетки заполнить ведёрко до верхнего края
и показать, что динамометр даёт прежнее показание, отмеченное
стрелкой.
9. Опыт V. Поплавок Декарта (картезианский водолаз).
Приборы и материалы: 1) Цилиндрический сосуд. 2) Про-
бирка малого размера. 3) Пипетка. 4) Просвечивающий экран. 5) Стакан
с водой. 6) Кювета.
1) В пробирку А малого размера (длиной в 40—60 мм и диамет-
ром в 8—10 мм) с выпуклым донышком налить, примерно, на Vs
воды и, заткнув отверстие пальцем, перевернуть её (рис. 184, I).
В таком виде опустить её в стакан с водой и отнять палец. Заметить,
какая часть пробирки при плавании выступает над поверхно-
стью жидкости. Вынув пробирку и долив в неё воды, добиться
§ 29, 10
185
такого плавания пробирки, чтобы над поверхностью выступала
самая малая часть её донышка (рис. 184, II).
2) Пустить перевёрнутую пробирку А в стеклянный высокий
цилиндрический сосуд с водой, например, цилиндр для собира-
ния газов, употребляемый химиками (рис. 184, III). Воды в
сосуд налить возможно больше и накрыть его ладонью руки. Про-
Рис. 184. Поплавок Декарта из плавающей пробирки.
гибая ладонь внутрь, добиться, чтобы пробирка опускалась вниз.
Выгибая ладонь в противоположном направлении, получить
всплывание пробирки вверх.
3) Повторить опыт на фоне просвечивающего экрана и сравнить
видимость при экране и без него.
4) Затянуть отверстие цилиндра тонкой резиновой плёнкой
и повторить опыт (рис. 184, IV).
10. Опыт VI. Плавание внутри жидкости.
Приборы и материалы: 1) Два высоких цилиндрических
сосуда. 2) Ареометры для D < 1 и D > 1. 3) Крепкий раствор поваренной
соли. 4) Картофелина или куриное яйцо. 5) Химическая воронка с длинной
трубкой. 6) Два стакана. 7) Денатурированный спирт.
Опыт имеет целью показать, что при известных условиях те-
ло может оказаться плавающим внутри жидкости. Попутно при-
водятся измерения удельных весов с помощью ареометров.
186
$ 29t 11
1) Один из высоких цилиндрических сосудов, употребляемых
химиками для собирания газов, заполнить денатурированным
спиртом, другой —крепким раствором соли. Взяв нужные арео-
Рис. 185. Пла-
вание картофе-
лины внутри
жидкости (на
границе воды и
раствора соли).
метры, измерить
удельные веса спирта
и раствора.
Поменяв местами
ареометры, наблю-
дать, как они будут
вести себя в жидко-
стях.
2) Опустить кар-
тофелину (или ку-
риное цйцо) сначала
в стакан с водой, за-
тем — с раствором и
обнаружить, что в
первом случае кар-
тофелина тонет и во
втором —плавает.
3) Налить в ци-
линдрический сосуд
до половины воды.
Взять химическую
воронку с длинной
трубкой. Опустить
конец этой 1 рубки до
Рис. 186. Аппарат Киппа
для получения углекислого
газа.
дна сосуда и нали-
вать через воронку крепкий рас-
твор соли (см. указания в § 32. 5 и
рис. 228, I) до тех пор, пока уровень
воды, поднявшись кверху, не будет отстоять от края сосуда, при-
мерно, на 4—5 см.
4) Опустить в воду осторожно картофелину и наблюдать, как
последняя, опустившись, примерно, до середины сосуда, останет-
ся там плавать (рис. 185).
5) Сравнить видимость опыта на фоне экранов —белого, чёр-
ного и просвечивающего.
11. Опыт VII. Закон Архимеда для газов.
Приборы и материалы: 1) Технические весы (рис. 99).
2) Тара. 3) Скамеечка к весам. 4) Стеклянный сосуд, прямоугольный или
круглый. 5) Электрическая лампочка в 200—300 W. 6) Аппарат Киппа
(рис. 186). 7) Соляная кислота. 8) Куски мрамора. 9) Лучинка. 10) Спички.
11) Экраны для фона — белый и чёрный.
Опыт служит для демонстрации, что тело испытывает большее
выталкивающее действие в углекислом газе, чем в воздухе.
5 29, 12
187
1) Установить весы, приготовив их для взвешивания.
2) Поставить скамеечку так, чтобы чашка весов не касалась
её при своих колебаниях (рис. 187). К чашке подвесить указанным
на рисунке 187 образом твёрдое тело возможно более крупного
объёма, насколько это позволяют размеры стеклянной банки, по-
ставленной на скамеечку. Тело взять сравнительно небольшого
Рис. 187. Установка для демонстрации закона Архимеда в газах.
веса, например, электрическую лампочку мощностью в 200—300 W
или колбу. Подвешенное тело уравновесить тарой, следя при
этом, чтобы тело при колебаниях весов не задевало за стенки
сосуда.
3) Зарядить аппарат Киппа для получения углекислого газа.
4) Опустить в сосуд трубку от аппарата Киппа и наполнить
сосуд углекислым газом. Наблюдать нарушение равновесия.
5) Опуская в сосуд горящий конец лучинки, показать, что
сосуд заполнен углекислым газом.
6) Вылить из сосуда углекислый газ и показать возвращение
весов к равновесию.
7) Обеспечить видимость опыта, сделав бумажные насадки на
стрелку и шкалу весов (§ 11, 3), и подобрать фон —белый или
чёрный, какой из них окажется наиболее подходящим.
12. Опыт VIII. Мыльные пузыри с водородом.
Приборы и материалы: 1) Склянка Вульфа для получения
водорода. 2) Цинк. 3) Серная кислота. 4) Мыльный порошок для бритья.
5) Глицерин. 6) Фарфоровая выпаривательная чашка. 7) Аппарат Киппа
для получения углекислого газа.»
Опыт служит для демонстрации, что мыльные пузыри, напол-
ненные водородом, всплывают в воздухе, а наполненные углекис-
лым газом опускаются вниз (тонут).
1) В небольшой чашке, например, фарфоровой выпариватель-
ной, растворить мыльный порошок или натереть мыла. В раствор
188
§ 29, 13
добавить одну-две капли глицерина. Свернув из бумаги трубоч-
ку, научиться выдувать ртом
мыльные пузыри.
2) Зарядить склянку Вульфа
для добывания водорода и, оку-
нув в раствор мыла конец ре-
зиновой трубки, получить мыль-
ный пузырь. Лёгким, но рез-
ким движением стряхнуть пу-
зырь и наблюдать его всплы-
вание в воздухе (рис. 188).
Рис. 188. Использование склянки Вульфа для получения
водорода. Наполнение мыльных пузырей.
3) Подобным же образом наполнить мыльный пузырь
углекислым газом и, стряхнув его, показать опускание его вниз
на пол.
4) Повторять опыты до получения чётких результатов.
13. Вопросы к отчёту студента:
1) Выяснить целевые установки проделанных опытов и сделать зарисовки
установок.
2) Почему в опыте на закон Архимеда с весами Беранже (рис. 182) ре-
комендуется брать тело с небольшим удельным весом, в частности, использо-
вать изделия из фарфора (фаянса), картофелину и f. п.?
3) Какие методические особенности имеет опыт (рис. 182) по сравнению
с демонстрациями, показанными на рисунках 181 и 183?
4) Почему в ряде опытов на закон Архимеда в качестве тела рекомендо-
вано применение картофеля?
5) Какие меры могут быть приняты для улучшения видимости «по-
плавка Декарта» и, в частности, видимости изменения объёма воздуха
в поплавке?
6) Имеет ли значение, если при выполнении опыта с «поплавком Декар-
та» окажется под ладонью некоторое количество воздуха?
7) Каким образом из деревянной палочки и картофелины может быть
устроен простейший ареометр для суждения об удельных весах, меньших
единицы?
8) Почему для демонстрации закона Архимеда для газов нужно поль-
зоваться техническими весами, а не весами Беранже? Показать это прибли-
зительным подсчётом.
9) Почему в описании этого же опыта дано указание, чтобы погру-
жаемое в газ тело имело возможно больший объём при незначительном
весе?
§ 30, 1—2
189
§ 30. Свойства газов.
Методические указания — см. т. I, § 66.
Изготовление приборов — см. т. III, § 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 43—44 и рис. 179—192.
1. Методические замечания. Количество опытов по теме
«Свойства газов», которые могут быть показаны в семилетней
школе, весьма значительно, но большинство из них по технике
своего осуществления сравнительно трудны. Следует заметить,
что демонстрации с газами вызывают к себе повышенный интерес
у учащихся; это налагает на преподавателя обязанность особен-
но тщательно отнестись к подготовке и к проведению этих опытов.
Так как ряд интереснейших демонстраций за недостатком вре-
мени не сможет найти себе места в классной работе, то их край-
не желательно провести в порядке кружковых занятий. При этом
многие из них являются весьма подходящими для вечеров зани-
мательной физики. К числу демонстраций для кружковых занятий
относятся: «картофельный пистолет» (рис. 5); «поднимание человека
дуновением» (рис. 190); «наказанное любопытство» (рис. 193); «во-
да в перевёрнутом стакане» (рис 194, I); «тяжёлый газетный лист»
(рис. 194.11); «примитивный барометр или альтиметр» (рис. 200).
Из числа основных опытов классного характера для воспроиз-
ведения предлагаются главным образом наиболее сложные по
своей технике, именно: взвешивание воздуха (рис. 201); подъём
воды вслед за поршнем (рис. 202); опыт Торичелли (рис. 203 и 204).
Кроме того, производится изучение барометров и производство
отсчётов по ним.
Все демонстрации на атмосферное давление, требующие воз-
душного насоса, отнесены к последующей работе (§ 31). Закон
Архимеда для газов —см. в§ 29, 11 и 12. Опыт Торичелли своеоб-
разен по своей технике вследствие применения в нём ртути, тре-
бующей своей предварительной подготовки для опыта и опре-
делённых правил обращения с нею.
Кроме того, ртутью бывают заполнены ртутные манометры
(рис. 170) и барометры (рис. 198 и 199). Наконец, ртутью за-
полняют также капилляры, чтобы показать, что уровень в них
будет ниже, чем в широком сообщающемся сосуде (рис. 226). Все
эти опыты, за исключением «ртутного дождя», требуют ртути, очи-
щенной не только от пыли и грязи, но и не содержащей в себе во
сколько-нибудь значительном количестве растворённых металлов.
Загрязнённая ртуть, а также ртуть с примесями металлов станет
прилипать к стенкам стеклянных трубок и оставлять на них гряз-
ные пятна. Впрочем, прилипание чистой ртути будет наблюдать-
ся также, если стеклянная посуда в свою очередь недостаточно
очищена от пыли и грязи. Об очистке ртути —см. т. Ill, § 26.
2. Обзор демонстраций по теме: «Свойства газов». 1) О б ъ ё м
газа. То, что газ занимает определённый объём, который
190
S 30, S
не может быть занят одновременно другим телом, показывают
с опрокинутым стаканом, погружённым в воду (рис. 189). Вари-
ант подобного опыта приведён в Ст. уч. на рисунках 85—87.
Вопрос о демонстрации, что газ занимает весь предоставлен-
ный ему объём, целиком надо признать совершенно не разработан-
ным, и описанные в различных методических пособиях опыты —по
меньшей мере неудовлетворительны (например, Ст. уч., рис. 88).
2) Сжимаемость и упругие свойства г а-
з а можно показать посредством велосипедного насоса, у кото-
рого выходное отверстие плотно закрывают пальцем и сжимают
Рис. 189. Демонстрация, что газ занимает
некоторый объём.
газ поршнем. Если осво-
бодить поршень от на-
жима, то газ, возвра-
щаясь к своему преж-
нему объёму, сдвигает
поршень обратно. Эта
же демонстрация может
быть использована по
вопросу об упругих
свойствах газа. Для
этой же цели полезно
показать действие кар-
тофельного пистолета,
состоящего из стеклян-
ной трубки (1—2Ь—35 см', rf=12—15 мм). Вдавливанием в лом-
тик картофеля одного конца трубки получают «снаряд» и другого
конца —«поршень», вталкиваемый палочкой внутрь трубки для
стрельбы (рис. 5).
3) Весомость газа. Для обнаружения весомости
углекислого газа (вернее —его большей весомости по сравнению
с воздухом) уравновешивают на технических весах сосуд вме-
стимостью в 1—2 л. Заполняют сосуд углекислым газом (§ 29, И)
и получают нарушение равновесия (см. т. I, рис. 149). Взве-
шивание воздуха описано ниже (§ 30, 7) и требует технических
весов и колбы вместимостью в 2—Зл, обязательно круглодонной
(колба с плоским дном лопнет).
4. Передача давления газом демонстрирует-
ся при помощи прибора Паскаля, заполненного дымом (§ 28, 6)
и является более удовлетворительной в методическом отношении,
чем шар Паскаля с манометрами.
Очень эффектна для кружковых занятий демонстрация под-
нимания человека давлением воздуха, нагнетаемого лёгкими в
резиновый мешок (рис. 190), причём имеется полная возможность
«поднять самого себя» указанным способом. Для демонстрации
нужны: щит Л площадью около у ж2 (чертёжная доска); две (од-
на недостаточна) резиновые надувные подушки В или один круг
§ 30, 3
191
для больного (§ 28, 7); тройник для соединения и резиновая труб-
ка (/=1~ —2 ж). Вполне возможно склеить надувной мешок
из бумаги (пригоден даже газетный лист, взятый в два слоя) пло-
щадью не менее у м2 (рис. 190). Об изготовлении —см. т. Ill, § 32.
3. Обзор
1) П о д ъ ё
лее простым
демонстрации по теме: «Атмосферное давление»,
мжидкости
вариантом,
вслед за поршнем. Бо-
чем описанный ниже в разделе 8, но ме-
нее ценным в методическом отноше-
нии является демонстрация подъёма
воды при высасывании (ртом или насо-
сом) воздуха из трубки.
Рис. 190. Поднимание «самого себя дуновением».
2) Водяные насосы — см. § 14, 5 и раздел 8.
3) О п ы т Торичелли — см. раздел 9.
4) Продавливание стекла, магдебургские по-
лушария, фонтан в пустоте и другие опыты, требующие воздушного
насоса, —см. § 31, 5, 6, 8.
5) Цилиндр Герике, в конструкции И. П. О., по-
казанной на рисунке 191, служит для обнаружения давления ат-
мосферы. Состоит он из чугунного цилиндра, внутри которого
помещён поршень (плошадью около 50 с^и2), тщательно приточен-
ный. Патрубок В служит для сообщения внутреннего простран-
ства с атмосферой. На патрубок надевается резиновая трубочка,
закрываемая зажимом Гофмана (рис. 167). Поршень А вдвигают
возможно глубже внутрь цилиндра и прибор подвешивают к ра-
ме (рис. 52). К крючку или рукоятке, соединённым с поршнем,
привешивают гири или мешки с песком в 10 и более килограммов,
ограничиваясь грузом, какой оказывается недостаточным для пол-
ного выдвижения Поршня из цилиндра. Цилиндр Герике возмож-
192
§ 30, 4
но также использовать для некоторых опытов: упругие свойства
газа, модель гидравлического пресса, передача давления газа и
т. п. (см. брошюру Главучтехпрома: «Прибор для демонстра-
ции упругости газов»). Цилиндр Ге-
рике легко испортить, допустив обра-
зование ржавчины на поверхности
поршня. Во избежание этого прибор
хранят смазанным изнутри тавотом или
вазелином.
6) Л и в е р. Действие ливера проще
всего показать при помощи пипетки,
употребляемой химиками (рис. 192).
Рис. 192. Демонстра-
ция ливера.
Рис. 191. Цилиндр Герике.
Для занимательного видоизменения опыта служит жестянка (би-
дончик) с дном, содержащим ряд отверстий, проколотых тонким
Рис. 193. «Наказанное
любопытство» (при от-
крывании пробки вода
выливается через дно с
мелкими отверстиями).
шилом. Погружением заполняют её во-
дой и закрывают её горлышко пальцем
или резиновой пробкой (рис. 193). Вода
таким приёмом удерживается внутри же-
стянки. При открывании доступа воздуха
внутрь, для чего отнимают палец или
открывают пробку, вода струями выте-
кает через отверстия.
7) Р а з н ы е. К числу интересных
опытов, рекомендуемых для воспроизве-
дения в кружках, относятся: «вода в пе-
ревёрнутом стакане», «тяжёлый газетный
лист» и др. (рис. 194).
Указания о выполнении этих опытов
можно найти в книгах Перельмана
и Тома Тита (см. § 74).
8) Закон Архимеда. Пла-
ва н и е — см. § 29, 12.
4. Обзор демонстраций по теме: «Из-
мерение давления воздуха». 1) Метал-
лический манометр Бурдона,
имеющийся в продаже, показан на ри-
сунке 195. Его чугунное основание мо-
§ 30, 5
193
жет быть отвёрнуто: тогда патрубок с краном служит для присо-
единения (посредством резиновой трубки) воздушного насоса
(§ 31, 4) для нагнетания или разрежения воздуха внутри полой
изогнутой металличес-
кой трубки EF. При на-
гнетании трубка не-
сколько «выпрямляет-
ся», при разрежении
сильнее изгибается, что
отмечается стрелкой ма-
нометра.
Рис. 194. Занимательные опыты с атмосферным давлением: I — вода в пере-
вёрнутом стакане; II—«тяжёлая газета».
I
Перед демонстрацией манометра следует показать, что
короткая прямая резиновая трубочка, закрытая на своём
свободном конце, при выкачивании из неё воздуха сплю-
щивается и изгибается и, наоборот, согнутая при нагнетании
выпрямляется. О тех-
Рис. 195. Модель (Г) и устройство (Неметал-
лического манометра.
ническом металличе-
ском манометре — см.
§ 31,1.
2) Манометры от-
крытые и закрытые,
ртутные и водяные —
см. § 28, 5.
5. Барометры. В
школе демонстриру-
ются: барометр -ане-
роид (рис. 196) и
ртутный (сифонный)
(рис. 198). Устройство
барометра-анероида опи-
сано в каждом курсе
физики. Моделей этого
13 к. H. Горячкин
194
$ 30, 5
барометра, которые наглядно знакомили бы с устройством его ме-
ханизма, в продаже, к сожалению, нет. В этом отношении
весьма полезен барограф, у которого совершенно ясно
видны несколько «коробочек» А, соединённых вместе для
О,
Рис. 196. Устройство механизма барометра-анероида.
получения значительных по величине отклонений стрелки С (пи-
шущего пера) (рис. 197). Чтобы не вводить в заблуждение учащих-
ся, следует уничтожить на барометре-анероиде надпись: «буря»,
«дождь», «переменно» и т. д., как несоответствующие истинному
положению вещей. Проверка анероида производится по ртутно-
Е
Рис. 197. Барограф.
glllllillllllllllllllilllllllllllllllllm
$ 30, 5
195
му барометру. Стрелку анероида для корректирования можно за-
ставить сместиться вперёд или назад по шкале, поворачивая для
этого отвёрткой головку винта, для доступа к которому на обрат-
ной стороне анероида сделано отверстие.
Рис. 198. Сифонный барометр Рис. 199. Чашечные барометры,
школьного типа.
Сифонный ртутный барометр школьного типа показан
на рисунке 198. Для упрощения отсчёта на трубку надеты жестя-
ные ползунки А с двумя указателями. Ползунок устанавливают
так, чтобы его верхний край совпал с серединою мениска ртути,
тогда по положению указателя можно будет произвести соответ-
ствующий отсчёт по шкале. Чтобы компенсировать ошибку при
перекосе ползунка, следует брать среднее арифметическое из от-
счётов, сделанных для обоих указателей по шкалам справа и сле-
ва от барометрической трубки. Подобным образом производят
отсчёты положения уровня ртути как в правом закрытом колене,
так и в левом открытом. Величина атмосферного давления рав-
на разности этих отсчётов1).
Ч Подробное описание барометра — см. в брошюре Главучтехпрома
«Школьный ртутный барометр».
13*
196
§ 30, 6
Преподаватель, в особенности в сельской школе, безусловно
должен уметь производить измерения и по другим типам ртут-
ных барометров. У некоторых сифонных барометров шкала де-
лается подвижной, тогда для отсчёта смещают её так, чтобы нуле-
вое деление оказалось установленным против уровня ртути в
открытом колене.
В чашечных барометрах, применяемых на метеорологи-
ческих станциях, колебания уровня в чашке учитываются приме-
Рис. 200.
Водяной
альтиметр
для обнару-
жения
уменьшения
атмосферно-
го давления
при подъ-
ёме.
поиграет её
произойдёт.
вила:
нением особой шкалы с уменьшенными делениями
(рис. 199,1). Для уточнения отсчётов на верхней
части оправы барометрической трубки сделана под-
вижная часть К с нониусом, приводимая в движение
посредством кремальеры L (рис. 199, II). Встреча-
ются чащечные барометры, у которых перед отсчё-
том уровень ртути в чашке должен быть поднят или
опущен до соприкосновения с концом острия указа-
теля D (рис. 199, ДИ). Достигается это вращением
винта В, поднимающего или опускающего мягкое
(кожаное) дно А у чашки.
В заключение следует упомянуть о примитивном
водяном барометре, позволяющем судить об изме-
нениях атмосферного давления. Такой барометр со-
стоит из любой бутылки со стеклянной трубкой,
пропущенной через пробку и доходящей до дна
(рис. 200). Для полной изоляции пространства вну-
три бутылки от атмосферы пробку тщательно по-
крывают сверху сургучом. В бутылку налито не-
которое количество воды так, что уровень её в
трубке стоит выше пробки. Этот уровень станет
опускаться или подниматься при изменениях дав-
ления наружного воздуха.
6. Правила хранения ртути и обращения с нею.
Пары ртути сильно ядовиты, и это налагает на пре-
подавателя обязанность строго соблюдать особые
предосторожности. Однако, если учащийся подер-
жит на своей ладони несколько капель ртути или
шариками, то никакого отравления, конечно, не
Опасно лишь длительное, изо дня в день,
вдыхание воздуха, в котором содержатся napbi ртути.
Симптомы отравления выражаются сначала в некотором недо-
могании и головной боли, которые обычно приписывают иным
причинам случайного характера. Во избежание отравления воз-
духа парами ртути следует строго соблюдать следующие пра-
§ 30, 7
197
I. Ртуть следует хранить в толстостенных стеклянных
банках, лучше всего с притёртой пробкой (флакон из-под
духов). Оставлять флакон открытым при хранении ни в коем
случае нельзя. Для наливания небольшого количества ртути
очень удобны специальные деревянные сосуды с завинчиваю-
щейся крышкой, на которой сделан отросток с трубочкой из
кости или пластмассы.
II. Стеклянный флакон со ртутью нельзя при переноске
брать за горлышко, так как оно может оторваться, и ртуть
окажется разлитой.
III. При производстве опытов со ртутью (опыт Торичелли
и др.) приборы надо помещать в большую фотографическую
кювету или на самодельный железный противень, окрашен-
ный внутри масляной краской. Размеры противня могут быть
взяты, примерно, следующие: ширина 40—50 см, длина 70 —
100 см и высота бортиков 4—8 см. Назначение кюветы заклю-
чается в том, чтобы случайно пролитая ртуть не попала на
стол, а тем более на пол (рис. 203).
IV. Ртуть, пролитая на стол, а тем более на пол и попавшая
в щели, будет постепенно испаряться, и воздух класса будет
всегда содержать в себе пары ртути. Поэтому преподаватель,
не собравший разлитой ртути и не удаливший капельки её
из щелей, совершает непростительный поступок.
V. Ртуть, использованную для опыта, не следует смеши-
вать с чистой и надо хранить в отдельной бутылке впредь до
очистки. Ртуть, оставшуюся после амальгамирования
(см. § 44, 5), как содержащую в себе цинк, следует слить от-
дельно и употреблять впоследствии только для амальгами-
рования.
VI. Ни в коем случае нельзя допускать, во избежание
тяжких-отравлений, нагревание, а тем более кипячение рту-
ти, кроме как в вытяжном шкапу.
7. Опыт I. Взвешивание воздуха.
Приборы и материалы: 1) Технические весы (рис. 99).
2) Разновес. 3) Круглодонная колба на 2—3 л. 4) Резиновая пробка со встав-
ленной стеклянной трубкой. 5) Зажим Гофмана. 6) Насос Комовского
198
$ 30, 8
(рис. 208). 7) Сосуд с водой. 8) Мензурка. 9) Кусочек тонкой проволоки или
бечёвки. 10) Экран фона.
Опыт имеет целью показать, что воздух имеет вес. Кроме то-
го, здесь же приводится простой способ для определения удель-
ного веса воздуха.
Как было уже указано, во избежание раздавливания следует
применять обязательно колбу с
Рпс. 201. Взвешивание воздуха.
круглым, а не с плоским дном.
1) Подобрать к колбе ре-
зиновую, а не корковую
пробку. В пробке просвер-
лить отверстие и вставить
(плотно) в него кусочек стек-
лянной трубки, надев на
конец последней небольшую
резиновую трубку (рис. 201).
Винтовой зажим Гофмана на-
деть на резиновую трубку.
Снабдить колбу петлей из
проволоки для подвешивания
к весам.
2) Для обеспечения види-
мости сделать насадку из бу-
маги на стрелку и шкалу
для весов (§ 11, 3). Определить вес колбы вместе с пробкой и
зажимом (рис. 201).
3) Выкачать из колбы воздух посредством насоса Комовского
(рис. 208) и плотно зажать трубку зажимом.
4) Вновь взвесить колбу с разреженным воздухом. Вычислить
вес удалённого воздуха.
5) Опустить резиновую трубку в сосуд с водой. Медленно от-
крыть зажим под водой и дать возможность воде заполнить доот-
каза пространство внутри колбы.
6) Измерить мензуркой объём воды, проникшей в колбу.
7) Вычислить вес 1 см‘л воздуха при атмосферном давлении.
8) Сравнить полученный результат с табличными данными с
учётом температуры и давления и определить величину относи-
тельной ошибки в процентах.
8. Опыт II. Водяные насосы.
Приборы и материалы: 1) Всасывающий насос (рис. 89).
2) Нагнетательный насос (рис. 90). 3) Сосуд с водой. 4) Стакан. 5) Стеклян-
ная трубка (d—3—4 мм; Z=60—80 см). 6) Проволока (d—1 мм;'1—1 м).
7) Вата. 8) Просвечивающий экран (рис. 57). 9) Подъёмный столик (рис. 53).
В результате опыта должна оказаться изученной конструк-
ция водяных насосов.
1) Привязать к концу проволоки кусок смоченной в воде ва-
ты или тряпки. Вставить проволоку внутрь стеклянной трубки.,
§ 30, 9
199
Рис. 202. Демонстра-
ция подъёма воды за
поршнем.
поместив «поршень» (из ваты) в самое низкое положение (рис. 202).
Опустить трубку этим нижним концом в сосуд с водой и мед-
ленно вытягивать поршень вверх. Трубку держать вертикаль-
но. Добиться, чтобы вода поднималась вслед за поршнем, для че-
го придётся несколько раз делать поршень различной плотности
и толщины.
2) Проверить видимость опыта. Применить подкрашивание
жидкости и просвечивающий экран.
3) Ознакомиться с устройством водяных насосов —всасываю-
щего и нагнетательного и привести их в действие (§ 14, 5). Пред-
варительно смочить водой обмотку из ниток
на поршнях.
4) Сравнить улучшение видимости работы
насосов при применении просвечивающего
экрана (рис. 57).
9. Опыт III. Опыт Торичелли.
Приборы и материалы:!) Стеклян-
ная толстостенная трубка (Z=80—85 см). 2) Чугун-
ная чашка (рис. 204). 3) Демонстрационный метр.
4) Кювета. 5) Сосуд с ртутью. 6) Химический ста-
кан с носиком. 7) Лабораторный штатив. 8) Экраны
(рис. 56).
Для опыта Торичелли нужна стеклянная
толстостенная трубка длиной около 80—85 см
и с внутренним отверстием в 5—6 мм. Более
узкая трубка хотя и выгодна тем, что тре-
бует меньшего количества ртути, но её труд-
нее заполнить так, чтобы внутри не оста-
лось пузырьков воздуха. В продаже имеются
специальные чугунные чашки с углублением, сделанным соглас-
но тому положению пальца, которое ему придают при погру-
жении в ртуть (рис. 204. I и II). Такая форма углубления по-
зволяет применять меньшее количество ртути, чем при круглой
чашке.
Проделать опыт Торичелли (рис. 203):
1) Поместить вертикально стеклянную трубку (совершенно
чистую) закрытым концом вниз обязательно над кюветой.
Заполнить трубку А ртутью через бумажную вороночку поч-
ти до верха, т. е. так, чтобы уровень не доходил до края пример-
но на 10 мм (рис. 204, III). Наливать ртуть надо или из описан-
ного выше сосуда для ртути, или из небольшого химического ста-
канчика с носиком. В чугунную чашку (рис. 204, I) следует так-
же заранее налить ртути.
2) Обратить внимание на пузырьки воздуха В, приставшие
к стеклу (рис. 204, IV). Этот воздух при перевёртывании трубки
проникнет в торичеллиеву пустоту, вследствие чего уровень
200
$ 30, 9
Рпс. 203. Опыт Торичелли.
ртути в трубке установится ниже, чем то следовало бы при данном
атмосферном давлении.
Для удаления пузырьков плотно закрыть отверстие трубки
пальцем и наклонять её сначала до горизонтального положения,
а затем так, чтобы за-
крытый конец оказался
немного приподнятым. Тог-
да столбик воздуха «поедет»
вверх, присоединяя к себе
на пути пузырьки воздуха.
После этого трубку по-
вернуть попрежнему и,
если все пузырьки ока-
зались удалёнными, за-
полнить ртутью до само-
го верха. Пузырьки можно
удалять также, вставив
заранее внутрь трубки
стальную проволоку, и
затем после нескольких
поворачиваний вынуть её.
3) Заполнив трубку
Торичелли так, чтобы
ртуть выступала над её
краями, отверстие креп-
ко зажать пальцем (ука-
зательным) (рис. 204,11).
После этого трубку ос-
торожно перевернуть и погрузить в чашку со ртутью так, чтобы
нижний край трубки- оказался ниже поверхности ртути. Затем
от отверстия удалить
палец, вынуть его из
чашки и трубку закре-
пить вертикально при
помощи лабораторного
штатива.
4) При демонстра-
ции опыта надо, во-
первых, показать, что
высота столба ртути в
трубке Торичелли будет
около 65—75 см в зави-
симости от давления
воздуха. Во-вторых, на-
до наклонить трубку
так, чтобы её верхний
закрытый конец опу-
Рис. 204. Наполнение трубки Торичелли
ртутью.
§ 30. 10-11
201
скался ниже указанной высоты, и показать, что в этом случае
трубка целиком заполняется ртутью.
5) Сравнить видимость столба ртути при применении экранов
фона — белого и чёрного.
10. Опыт IV. Барометры.
Приборы и материалы: 1) Барометр-анероид (рис. 196).
2) Ртутный сифонный барометр (рис. 198). 3) Ртутный чашечный барометр
(рис. 199). 4) Барограф (рис. 197). 5) Отвёртка. 6) Примитивный водяной
барометр (рис. 200). 7) Масштабная линейка.
Работа имеет своей целью ознакомить с устройством различ-
ного типа барометров, а также с отсчётами по ним.
1) По описанию познакомиться с устройством барометров и
барографа.
2) Произвести отсчёт величины атмосферного давления по
школьному сифонному барометру (см. раздел 5).
3) Взять ртутный чашечный барометр. Действуя винтом В
(рис. 199, III), установить уровень ртути в чашке так, чтобы он
пришёл в соприкосновение с остриём D. Произвести отсчёт вели-
чины атмосферного давления по чашечному барометру.
4) Вставить в барограф (рис. 197) ленту и установить его пе-
ро, действуя для этого отвёрткой на корректирующий винт так,
чтобы перо указывало величину атмосферного давления соглас-
но показанию ртутного барометра. Пустить в ход часовой меха-
низм барографа и через неделю ознакомиться с кривой, записан-
ной барографом.
5) Сравнить показания ртутного барометра и анероида
(рис. 196). Осторожно, поворачивая корректирующий винт ане-
роида, привести стрелку последнего на деление, соответствую-
щее показанию ртутного барометра.
6) Произвести по анероиду отсчёт величины атмосферного дав-
ления в самом нижнем этаже дома. Там же отметить положение
уровня воды в примитивном барометре (рис. 200). Произвести
измерение по анероиду и определить изменение уровня в водя-
ном барометре в верхнем этаже дома.
11. Вопросы к отчёту студента:
1) Определить целевые установки всех проделанных опытов и сделать
зарисовки.
2) Можно ли для опыта «взвешивание воздуха» взять колбу меньшей
вместимости, чем в 2—3 л? Как такое изменение объёма скажется на резуль-
татах?
3) Как опытный преподаватель может без манометра судить, что раз-
режение воздуха в колбе достаточно для успеха демонстрации?
4) Что нужно сделать, если для опыта «взвешивание воздуха» взята кор-
ковая, а не резиновая пробка?
Ч Руководство указывает студенту руководитель практикума.
202
$ 31, I
5) Можно ли для этого опыта воспользоваться весами Беранже, а не
техническими?
6) Выйдет ли опыт «подъём жидкости вслед за поршнем», если воду за-
менить ртутью?
7) Почему для начала работы водяных насосов обмотку поршня и кла-
паны надо смочить водой?
8) Какую небрежность допустил экспериментатор, если трубка Тори-
челли в наклонённом положении не заполняется целиком ртутью?
9) Как в опыте Торичелли надо располагать метровую линейку при
измерении высоты столбика ртути?
10) Должна ли высота столбика ртути в опыте Торичелли непременно
равняться 76 см? Указать явления, влияющие на высоту столбика.
11) Какие существенные недостатки имеет примитивный барометр
(рис. 200), делающие его негодным для измерения величины давления воздуха?
12) Вычислить поправку на температуру для ртутного барометра. Ка-
ким образом она сказывается на искажении результата измерения?
§ 31. Воздушные насосы.
Методические указания — см. т. I, § 66,
Изготовление приборов — см. т. III, § 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 45, рис. 193. 181 и 201.
1. Методические замечания. Настоящая работа имеет своей
целью ознакомить с основными типами воздушных насосов, при-
меняемых в школе, и с важнейшими демонстрациями по темам:
«Свойства газов» и «Атмосферное давление», требующим исполь-
зования насосов. По своей технике опыты могут быть разделены
на три группы:
1) Нуждающиеся только в насосе без тарелки: магде-
бургские полушария (рис.214,тарелки); трубка Ньютона (рис. 217);
кипение при пониженном давлении (рис. 285); фонтан в пустоте
(рис. 218); модель манометра Бурдона (рис. 195) и др.
2) Требующие, кроме насоса, ещё тарелки (рис. 210),
но без колокола; продавливание стекла (рис. 222); прогиб рези-
новой плёнки (рис. 221) и др.
3) Не осуществимые без применения тарелки и ко-
локола: расширение газов (рис. 219); бароскоп (рис. 220);
звонок в вакууме и др.
Поэтому опыты, описанные дальше, разбиты согласно этой
классификации, несмотря иногда на совершенно их различную
тематику. При опытах, не нуждающихся в тарелке, всё же пред-
ложено воспользоваться ею — исключительно для измерения
манометром степени разрежения, чтобы судить о качестве ваку-
ума.
Следует обратить внимание на точное выполнение правил
пользования насосами во избежание порчи их или манометра.
Необходимо также иметь в виду возможность раздавливания
«со взрывом» колбы в опыте с кипением (рис. 285) и разбрасыва-
ние осколков стекла при продавливании его действием атмо-
сферного давления (рис. 222).
5 31, 2
203
2. Вакуум-насосы. 1). Т и п ы насосов. В школе нахо-
дят своё применение три типа воздушных насосов: водо-
струйный (рис. 205), Ш и н ц а (рис. 206) и К о м о в с к о-
г о (рис. 208). Наиболее же ценным в техническом отношении,
благодаря весьма значительной скорости выкачивания воздуха,
является насос Геде, но он мало доступен школе по своей высо-
кой стоимости и требует для приведения в действие электромо-
тора (см. т. I, рис. 197). Наибольшая же степень разрежения, да-
ваемая этим насосом, одинакова с насосом Комовского. Насос
Геде необходим, если преподаватель хочет показать заморажи-
вание воды под колоколом насоса (см. т. I, рис. 168).
Водоструйный насос для приведения в действие нуждается в
водопроводе, при этом чем значительней напор воды, тем скорее
насос даст нужное разрежение. Водоструйный насос способен да-
вать разрежение примерно до 15—20 мм ртутного столба х), что
позволяет применять его*почти для всех опытов в школе-семилет-
ке. Однако поскольку устройство и действие его не может быть
объяснено учащимся, постольку применение его в школе неже-
лательно.
Наиболее дешёвым по своей стоимости из поршневых насосов
является насос Шинца: при умелой наладке он даёт разрежение
до 20 мм ртутного столба* 2).
Насос Шинца может быть использован не только для разреже-
ния, но и как нагнетательный. Недостаток насоса состоит в том,
что разрежение в сосуде может быть получено через сравнитель-
но длительное время; поэтому при опытах для сокращения вре-
мени выкачивания следует брать сосуд возможно меньшего
объёма.
Наиболее совершенным является насос Комовского. способ-
ный давать разрежение до 0,3 мм ртутного столба 3\ Кроме раз-
режения, насос предназначен и для нагнетания воздуха (до 4 ат-
мосфер). Разрежение обычного порядка посредством насоса Ко-
мовского производится в сравнительно короткое время и являет-
ся для учителя менее утомительным, чем работа с насосом
Шинца.
2) Водоструйный насос. Устройство водоструй-
ного насоса показано на рисунке 205. Струя воды, вытекающая
с большой скоростью из отверстия на конце одной трубки Л, вте-
кает в отверстие В другой трубки С, в которую частично входит
первая. При этом происходит засасывание воздуха в щель и вы-
брасывание его вместе с водой через нижнюю трубку С. В резуль-
тате в сосуде D, в который заключены обе трубки, возникает раз-
режение воздуха.
Ч Степень разрежения зависит от температуры и в основном ограничи-
вается давлением насыщающих паров воды.
2) У него значительно «мёртвое пространство»!
31 Давление паров масла.
204
£ 3/, 2
Верхним патрубком А водоструйный насос присоединяют к
крану водопровода (см. § 6, 5 и рис. 19); на нижний патрубок С
надевают резиновую трубку такой длины, чтобы конец её можно
было положить на дно водопровод-
ной раковины, что важно для умень-
шения разбрызгивания воды. Как
верхняя, так и нижняя трубки
должны быть толстостенными; верх-
нюю во избежание её соскакивания
с крана следует обвязать проволокой.
Боковой патрубок, или ниппель Е,
сделан для соединения посредством
резиновой трубки с тем сосудом, из
которого выкачивается воздух. Не-
обходимо включить в эту трубку
Рис. 206. Устройство насоса
Ш и н ц а.
Рис. 205. Водоструйный насос, стек-
лянный, и его устройство.
кран (стеклянный), а также крайне желательно установить
сосуд, предохраняющий включённый прибор от проникновения
воды из насоса (см. правило VII).
Водоструйные насосы делаются из стекла, реже из металла;
металлические более прочны; стеклянные же легко бьются и ло-
маются при надевании резиновых трубок, но более наглядны.
§ 2
205
3) Насос Шинца. Устройство насоса Шинца показано
на рисунке 206. Внутри металлического цилиндра помещён пор-
шень а , перемещаемый взад и впер
кой на конце. Этот поршень состоит
из двух кожаных манжет ВВ, обра-
щённых загнутыми краями в про-
тивоположные стороны (рис. 207).
Никаких клапанов внутри цилин-
дра нет; один клапан помещён
на продолжении цилиндра, дру-
гой — сбоку. Каждый клапан со-
стоит из резинового колпачка С
цилиндрической формы или из
резиновой трубки, на одном своём
свободном конце закрытой наглухо
(рис 207, II и III). В колпачке
посредством штока с рукоят-
Рис. 207. Устройство поршня и
клапанов насоса Шинца.
сделан бритвой небольшой сквоз-
ной продольный прорез Е наподобие щели. Если давление воз-
духа внутри колпачка становится большим, чем вне его, щель
раскрывается и пропускает воздух наружу. Когда же давление
Рис. 208. Устройство насоса К омовского.
воздуха оказывается большим снаружи, чем внутри, то края ще-
ли ещё плотнее прижимаются друг к другу, и она воздуха не про-
пускает. Из рисунка 206 видно, как расположены колпачки: в
клапане 2, являющемся нагнетательным, и в клапане 1, служа-
206
# 31, 2
щем для разрежения воздуха. Клапаны портятся редко; чаще все-
го неисправность насоса вызывается тем, что кожаные манжеты
поршня плохо прилегают к стенкам цилиндра или смазка (тавот,
сало) оказывается недостаточной. Когда кожа сработалась «до
дыр», её надо заменить; если же она только вытерлась, то, ото-
гнув манжеты, следует наложить на металлическое основание
поршня некоторое количество ниток.
/ // ///
Рис. 209. Схема работы насоса К омовского.
4) Насос Комовского (рис. 210). Устройство на-
соса показано на рисунке 208. Посредством вращения рукоятки,
укреплённой на массивном маховике, через кривошипно-
шатунный механизм поршень С получает движение вверх и
вниз внутри цилиндра D. В боковой стенке цилиндра сделано от-
верстие £*, ведущее в трубку F, служащую для разрежения воз-
духа в том или ином приборе. Клапаном является отъёмное дно
J цилиндра, притёртое к нижним краям его стенок и поддержи-
ваемое пружиной К, опирающейся на дно корпуса. Насос запол-
нен маслом. На рисунке209, I—III показана схема работы насоса.
При движении вверх под поршнем в цилиндре образуется вакуум
(1)х). Поршень, поднявшись на известную высоту, откроет отвер-
1) Характерно, что так как мёртвое пространство отсутствует, то под
поршнем нет воздуха и находятся лишь одни пары масла.
§ 31, 2
207
стие E в трубке F, ведущей к сосуду, предназначенному для раз-
режения в нём воздуха (II). Воздух из этого сосуда частично
войдёт в цилиндр, т. е. в пространство под поршнем. При движе-
Рис. 210. Тарелка для воздушного насоса с манометром. Насос К о м об-
ского. Разрез тарелки.
нии вниз поршень сначала своим телом закроет отверстие Е и тем
самым разобщит от насоса сосуд, из которого выкачивается воз-
дух (III). При дальнейшем движении поршень станет сжимать
208
$ 31, 2
находящийся в цилиндре воздух, и когда давление последнего
сделается большим атмосферного, откроется нижний клапан.
При этом воздух будет через масло подниматься вверх и,пройдя
через маслоуловитель L (рис. 208), выйдет наружу
Более подробные указания об устройстве насоса— см. в брошю-
ре Главучтехпрома «Насос Комовского».
4) Тарелка и колокол. Тарелка для воздушного
насоса показана на рисунке 210. Основную часть тарелки обра-
зует чугунное основание с отшлифованной поверхностью, на ко-
торую ставится стеклянный колокол с притёртым нижним краем.
Рис. 211. Присоединение тарелки к манометру (I). Измерение давления
воздуха в колбе при помощи открытого водяного манометра (11).
Тарелка снабжена ртутным манометром М (рис. 210) для измере-
ния степени разрежения под колоколом. Тарелка имеет кран В,
заканчивающийся ниппелем А, предназначенным для надевания
резиновой трубки, служащей для соединения с насосом Шинца
(рис. 206), Комовского (рис. 208) или с водоструйным (рис. 205).
Второй, вывёртывающийся, ниппель С установлен в центре та-
релки и может служить для присоединения того или иного прибо-
ра (рис. 215). При таком соединении используется кран и, главное,
манометр. На тарелке сделан ввод для электрического тока. Для
включения прибора, поставленного на тарелку, служат клеммы
1,1\ для присоединения батареи —клеммы 2,2. В продаже имеет-
ся .также тарелка с колоколом меньшего размера и без мано-
метра. В этом случае приходится применять отдельный манометр
(рис. 170 и 211, I).
U Маслоуловитель служит для улавливания капелек масла во избежание
их выбрасывания через ниппель, предназначенный для нагнетания воздуха.
§ 31, 2
209
Перед помещением того или иного прибора под колоколом
мягкой чистой тряпкой с тарелки удаляют пыль. Края колоко-
ла и соответствующее место на тарелке намазывают салом, та-
вотом или, что хуже, вазелином. Чрезмерное намазывание скорее
повредит, чем принесёт пользу, не говоря уже о том, что приборы
окажутся чересчур покрытыми этими смазочными веществами.
Лучше всего приобрести кусок плоской мягкой резины и вырезать
из неё круг по размеру тарелки с тремя отверстиями — одно для
ниппеля и два дл;
то при прокладке
её между тарелкой
и колоколом на-
добность в приме-
нении сала совер-
шенно отпадает.
5) Соедине-
ния между на-
сосом и тарелкой
или прибором де-
лаются посредст-
вом резинового
шланга, т. е. труб-
ки с толстыми
стенками. Обычная
резиновая трубка
при работе насо-
са сплющится под
действием внеш-
него давления атмосферы и разобщит насос от тарелки. При
пользовании в силу необходимости тонкостенной резиновой труб-
кой можно до некоторой степени оказать препятствие сплющи-
ванию, плотно обмотав трубку в два-три слоя изолирующей
лентой1 2). Можно также внутрь тонкостенной трубки вложить
спираль из железной проволоки.
Если шланги имеют отверстия различной величины, приме-
няют специальные соединители из стекла или металла (рис. 212,1).
При одинаковых шлангах соединения можно сделать при помощи
короткой стеклянной трубочки (рис. 212,11). При этом рекомен-
дуется концы резиновых трубок, если они тонкостенны, обвя-
зать ниткой или проволокой (рис. 212,111). В случае необходи-
мости «заглушить» конец резиновой трубки прибегают к помощи
зажима Мора или лучше Гофмана (рис. 167), или, перегнув конец
трубки, завязывают его прочной ниткой (рис. 211, V). Можно
также отверстие заткнуть круглой палочкой из дерева, стёкла
или металла (рис. 212, VI).
1) О хранении резины и пр. — см. т. III, § 17.
2) См. т. III, § 17.
14 Е. Н. Горячкин
210
$ 31, 3
3. Правила применения вакуум-насосов. При пользовании
насосами для опытов следует соблюдать следующие правила:
I. При работе насосом Шинца (рис. 206) его поршень сле-
дует сдвигать на всю длину цилиндра (примерно под полу-
секундный счёт: раз, два, раз, два,...), но без резких ударов
об основания последнего. При очень быстрых и коротких по
длине качаниях насос работает много хуже.
II. Для получения наибольшего разрежения поршень
насоса Шинца особенно важно каждый раз доводить до ниж-
него предельного положения, что нужно для уменьшения
«мёртвого пространства».
III. При работе насосом Комовского (рис. 208) плавно
вращать рукоятку по часовой стрелке, делая примерно 60—
120 оборотов в минуту (т. е. с секундным или полусекундным
счётом). При резком изменении скорости или весьма быстром
вращении возможна порча насоса.
IV. Перед соединением прибора или тарелки с насосом сле-
дует выбрать ниппель, соответствующий выкачиванию, что
легко определить, приведя насос в действие и прикладывая
палец к отверстиям ниппелей.
V. Так как насосы Шинца и Комовского делаются из желе-
за, то при опытах, сопровождающихся испарением воды, на-
пример: кипение под уменьшенным давлением (рис. 285, I),
более рационально пользоваться водоструйным насосом. Если
были применены всё же насосы Шинца или Комовского, то
их после работы следует «просушить», сделав для этого вхо-
лостую несколько десятков качаний.
VI. Колокол, поставленный на тарелку, при начале отка-
чивания следует несколько нажать руками вниз и слегка
повернуть, что особенно важно в случае применения резино-
вой подкладки. Затем, сделав несколько качаний, убедиться,
что колокол «присосался», т. е. не поддаётся усилиям руки,
стремящейся поднять его вверх.
VII. Перед каждым, хотя бы временным, прекращением
работы поршнем желательно закрывать кран, разобщая на-
сос от тарелки или от прибора. Это безусловно необходимо
$ 57, 4
211
для водоструйного насоса не только перед полным закрыва-
нием водопроводного крана, но и при всяком уменьшении
протока воды через насос. При несоблюдении этого правила
проберётся вода в соединительный шланг и в каналы тарелки.
VIII. После окончания опыта шланг разобщают от тарелки
обязательно при закрытом кране. Воздух под колокол впу-
скают медленно, лишь постепенно открывая кран; при быстром
впуске ртуть манометра может своим ударом разбить его сте-
клянную трубку.
IX. После работы с тарелкой протереть её поверхность
и края колокола для удаления жира, который при хранении
загустеет и сильно загрязнится.
Рис. 213. Измерение давления при
помощи демонстрационного закры-
того ртутного манометра.
4. Опыт I. Определение сте-
пени разрежений, создаваемых
насосами.
Приборы и материалы:
1) Насосы—водоструйный (рис. 205),
Шинца (рис. 206) и Комовского (рис.
208). 2) Ртутный открытый манометр
(рис. 171). 3) Резиновый шланг. 4)
Винтовой зажим Гофмана (рис. 167).
Рис. 214. Магдебургские тарелки.
Опыты служат для ознакомления с методом определения сте-
пени разрежения, создаваемого различными типами насосов;
один из этих опытов может быть продемонстрирован в классе при
объяснении действия манометра (§ 30, 4).
1) Присоединить к одной из трубок открытого ртутного мано-
метра ( с ртутным столбом, допускающим измерение до 1 атмо-
сферы) насос Шинца посредством резинового шланга (рис. 213).
На шланг поставить зажим В Гофмана (рис. 167).
14*
212
$ 31, 5
2) Откачивать воздух (соблюдая при этом правила 1, II и IV —
см. раздел 3).до тех пор, пока разность уровней в манометре не
перестанет изменяться. Затем, согласно правилу VII, завинтить
зажим В Гофмана для разобщения насоса от манометра. Изме-
рить разрежение, созданное насосом.
3) Отсоединив насос от шланга, медленно открывать зажим для
постепенного впуска воздуха во избежание выбрасывания рту-
ти через свободную трубку.
4) Произвести такие же опыты с насосами Комовского и
водоструйным. При применении последнего насоса не забыть о
соблюдении правила VII.
5. Опыт II. Магдебургские полушария. Трубка Ньютона.
Приборы и материалы:!) Магдебургские тарелки (рис. 214).
2) Насосы Шинца и Комовского. 3) Тарелка с манометром (рис. 210).
4) Резиновые шланги. 5) Рама по механике (рис. 52). 6) Набор гирь до 15—
20 кГ. 7) Платформа на цепях или проволоках. 8) Трубка Ньютона
(рис. 217). 9) Сало. 10) Масштабная линейка.
Опыт с магдебургскими полушариями и опыт Ньютона, раз-
личные как пр своим темам, так по приёмам
Рис. 215. Выкачивание воздуха через тарелку.
демон стри рования,
описываются здесь
вместе потому, что
по технике получе-
ния вакуума яв-
ляются единооб-
разными.
1) Протереть
притёртые части
магдебургских та-
релок (рис. 214)
тряпкой, измерить
диаметр последних
масштабной линей-
кой И и намазать
края салом, таво-
том или вазели-
ном. Тарелки, на-
ложив их, сжать
и немного повернуть одну относительно другой. Насос Шинца
или Комовского соединить шлангом с ниппелем А на тарелке с
манометром (рис. 215); на ниппель С тарелки надеть шланг и
присоединить к нему ниппель магдебургских тарелок * 2>. От-
крыть кран В (рис. 210).
J) См. вопрос 5 к отчёту студента.
2) Присоединять именно так, как указано: иначе нельзя будет без по-
лучения толчка в манометре отсоединить магдебургские тарелки.
§ 31,6
213
2) Вести откачивание (правила 1, II и VII) до получения дав-
ления в несколько сантиметров ртутного столба. Закрыть снача-
ла крану магдебургских полушарий, затем кран у тарелки и пос-
ле этого, сняв конец А шланга у тарелок, медленно пустить воздух
к манометру (правило VIII), медленно открывая кран В.
3) Повесить магдебур] ские тарелки на раме (рис. 52), к ним при-
соединить платформу (квадратную доску на цепочках или верёв-
ках). На платформу
ставить гири до
15—20 кГ, повторяя
тем самым историче-
ский опыт Герике
(рис. 216). Обратить
внимание на обес-
печение видимости
опыта.
4) Освободить та-
релки от груза и
дать попробовать ра-
зорвать их сначала
одному, затем двум
учащимся. Тянуть
надо за ручки по на-
правлению, перпен-
дикулярному к плос-
кости тарелок.
5) Взять в обе ру-
Рис. 216. Опыт Герике (по старинному
рисунку).
ки трубку Ньютона
за её концы и по-
местить её несколько
сбоку от своего кор-
пуса (рис. 217). Повернуть трубку резким движением на 180°.
Овладеть таким навыком, чтобы дробинка, бумажка и перо одно-
временно начинали своё падение г). Установить, на каком фоне —
белом (экран для фонаря) или чёрном (классная доска) — обеспе-
чивается лучшая видимость.
6) Произвести описанным выше способом откачивание возду-
ха из трубки Ньютона до давления в несколько сантиметров ртут-
ного столба. Показать, что падение тел на дно трубки происхо-
дит одновременно.
6. Опыт III. Фонтан в .пустоте. Кипение под уменьшенным
давлением.
Приборы и материалы:!) Водоструйный насос (рис. 205).
2) Круглодонная колба вместимостью в 2—3 литра. 3) Резиновая пробка.
В При резком повороте трубки предметы удерживаются во время движе-
ния у основания трубки действием центробежной силы.
214
§ 31, в
4) Стеклянная трубка с оттянутым конном. 5) Резиновая трубка, толсто-
стенная. 6) Сосуд с водой. 7) Горячая вода. 8) Лабораторный штатив.
9) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий.
Опыты «фонтан в пустоте» и «кипение под уменьшенным дав-
лением» требуют применения водоструйного насоса. Однако, в
крайнем случае, можно пользоваться насосами Комовского и
Рис. 217. Положение экспериментатора с трубкой Н ь ю т о н а.
Шинца (см. правило V). Кругло донную колбу можно заменить
стеклянной бутылкой, но обязательно с толстыми стенками; в
частности, вполне пригодны бутылки для химикалиев и графин
для воды (рис. 285, I).
1) В бутылку или колбу вставить пробку с пропущенной че-
рез неё стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец
(рис. 218). На свободный конец стеклянной трубки надеть резино-
вую толстостенную трубку с винтовым зажимом (рис. 167). Бутылку
или колбу установить дном кверху на штативе.
2) Откачать из бутылки или колбы воздух, открыв зажим (см.
вопрос 6 к отчёту студента), соблюдая правила I, III, VII, VIII
§ 31, 7
215
(см. раздел 3). Крепко завинтить зажим, отсоединить насос и по-
ставить под бутылку сосуд с водой Конец резиновой трубки опу-
стить под воду. Сзади поставить экран фона или, лучше, просвечи-
вающий. Открыть зажим и получить фонтан. Проверить видимость
опыта.
3) В колбу, бутылку или графин налить горячей воды с темпе-
ратурой в 60—70°. Чтобы стекло не треснуло при наливании го-
рячей воды, принять меры, указанные в § 35, 3. Закрыть плотно
горлышко заранее приготовленной резиновой пробкой с газоот-
Рис. 219. Демонстрация расши-
рения газа при посредстве
футбольной камеры.
водной трубкой (рис. 285). Трубку шлангом с зажимом Гофмана
присоединить к насосу —водяному или Комовского. Сзади бу-
тылки поместить экран фона или просвечивающий. Вести откачи-
вание и наблюдать кипение воды; иметь в виду возможность раз-
давливания колбы или бутылки. Проверить видимость опыта.
4) Если откачивание ведётся посредством насоса Комовского
или Шинца, не забыть выполнить правило V (см. раздел 3).
7. Опыт IV. Расширение газа при уменьшении внешнего дав-
ления. Бароскоп.
Приборы и матерйалы: 1) Камера, футбольная, или обо-
/ 1 1 \
лочка от резинового шара. 2) Стеклянный пузырёк (——— л)срезиновой
пробкой. 3) Бароскоп (рис. 220). 4) Насос Комовского или Шинца. 5) Булав-
ка или иголка. 6) Кусочек цветной бумаги. 7) Экраны фона — белый и
чёрный (рис. 56 и 57).
216
$ 31, 8
Расширение газа при уменьшении внешнего давления может
быть продемонстрировано двумя способами — с футбольной ка-
мерой или с любым пузырьком, закрытым резиновой пробкой.
Попутно здесь описывается опыт с бароскопом, требующим также
Рис. 220. Бароскоп.
применения тарелки с колоколом.
1) Оставив в футбольной камере самое небольшое количе-
ство воздуха, завязать ниткой конец её трубки (рис. 219). Поме-
стить камеру под колокол воздушного насоса и производить
откачивание, соблюдая правила I, Ill, VIII, особое внимание
обратить на правило VI. По-
лучить раздувание камеры до
приобретения ею шарообраз-
ной формы (рис. 219). За-
канчивая опыт, показать, что
при впускании воздуха под
колокол камера постепенно
уменьшается в объёме до
первоначальной величины.
2) Поставить под колокол
воздушного насоса аптекар-
ский пузырёк или бутылочку
(74 л}, заткнув их плотно, но
не чересчур сильно, резино-
вой пробкой. В пробку вотк-
нуть булавку или иголку с
ярким флажком на конце. Откачивать воздух до выскакивания
пробки из бутылки. Проверить видимость опыта.
3) Рассмотреть устройство бароскопа (рис. 220). Передвинуть
посредством вращения грузик А до уравновешивания коромыс-
ла. Поместив бароскоп под колокол, откачивать воздух до ясно-
го нарушения равновесия. Проверить видимость опыта; приме-
нить экран фона.
8. Опыт V. Продавливание стекла атмосферным давлением»
Приборы и материалы: 1) Насос Комовского. 2) Тарелка
(рис. 210). 3) Цилиндр для раздавливания стекла (рис. 222). 4) Тонкая рези-
новая плёнка. 5) Нитки. 6) Оконное тонкое стекло. 7) Вазелин или сало.
8) Стеклянный большой колпак. 9) Экран фона — белый и чёрный.
Опыты служат для демонстрации атмосферного воздуха, что
обнаруживается в одном случае продавливанием стекла и в дру-
гом сильным растяжением резиновой плёнки. При опыте с про-
давливанием стекла иметь в виду опасность ранения осколками;
во избежание этого необходимо применить для защиты большой
колокол или стеклянный колпак, применяемый в химии.
1) Затянуть резиновой плёнкой верхнее основание цилиндра
(рис. 221). Плёнку привязать ниткой. Поставить цилиндр на та-
релку, соединённую с насосом Комовского. Откачивать воздух
$ 31, 9
217
до получения ясно видимого растяжения плёнки внутрь цилинд-
ра. Проверить видимость опыта; применить экран фона.
2) Смазать верхнее основание цилиндра вазелином, салом или
тавотом и наложить на него возможно более тонкое (Л=1—2 мм)
стекло (рис. 222). Прикрыть ниппель на середине тарелки какой-
либо крышкой (например, от коробочки для вазелина), чтобы
воспрепятствовать попаданию внутрь осколков стекла. По-
ставить цилиндр-на тарелку (выполняя указания правила VI при-
менительно к цилиндру), накрыть цилиндр колпаком или колоко-
лом, подложив под один из его краёв какой-либо предмет для
образования небольшой щели. Вести откачивание до разрушения
Рис. 221. Демонстрация растяже-
ния резиновой плёнки.
Рис. 222. Демонстрация продавли-
вания стекла.
стекла. И меть.в виду, что при продавливании стекла получается
довольно громкий звук (наподобие взрыва) и звон стёкол. Обра-
тить внимание на обеспечение видимости. Для уменьшения от-
светов применять просвечивающий экран.
9. Вопросы к отчёту студента.
1) Подобрать демонстрации по теме «воздушный насос» и наметить их
целевую установку. Сделать зарисовки опытов.
2) Какой из насосов следует показывать при объяснении принципа дей-
ствия насоса?
3) Какого размера колокол—большего или меньшего — следует брать
при пользовании насосом Шинца (рис. 206)?
4) При каком положении рукоятки кран В является открытым
(рис. 210)?
5) На основании измерения диаметра магдебургских тарелок (рис. 214)
вычислить величину силы, необходимой для их отрыва друг от друга. Рас-
чётами показать также, до какого давления достаточно вести откачивание.»
6) До какой степени следует производить откачивание из бутылки для
опыта «фонтан в пустоте» (рис. 21*8)?
7) Какой формы сосуд наиболее пригоден для опыта «фонтан в пустоте»
(рис. 218)? Как следует расположить оттянутый конец трубки внутри сосу-
да — выше или ниже? Какое значение может иметь диаметр отверстия этого
конца?
8) Иногда, показывая опыт «кипение под уменьшенным давлением»,
прикладывают сбоку к бутылке руку (рис. 285, I). Что этим хотят показать?
218
.? ^2> 7
§ 32. Молекулярные явления.
Методические указания — см. т. 1, §§ 69 и 76.
Изготовление приборов — см. т. III, § 33.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 47 и рис. 202—204.
1. Методические замечания. Количество опытов по молеку-
лярным явлениям в семи летней школе невелико. Демонстра-
ции охватывают: силы сцепления, как у твёрдых, так и жид-
ких тел; явления смачивания; капиллярность и диффузию жид-
костей и газов. Полезно также демонстрирование видоизменён-
ного прибора Эйхенвальда (см. т. 1, рис. 171). На этом приборе
возможно дать представление о механизме движения частиц газа и
возникновения броуновского движения. Многочисленные и ин-
тересные опыты, связанные с явлениями поверхностного натяже-
ния, возможно проводить лишь на дополнительных занятиях в
кружке. Большинство указанных выше обязательных демон-
страций требует весьма несложных установок, которые приходит-
ся собирать преподавателю своими силами. Из приобретаемых
приборов нужны: свинцовые цилиндры (рис. 223)1), стеклянные
пришлифованные пластинки (рис. 511) и сосуды с капиллярными
трубками (рис. 226).
Опыты по вопросу смачивания настолько просты, что не опи-
сываются в дальнейших работах. К числу опытов, которые полезно
показать по данному вопросу, относятся следующие: стеклян-
ные палочки —одну, чисто промытую, а другую, покрытую жи-
ром или парафином, погружают в воду и обнаруживают прили-
пание воды в первом случае; полезно также сравнить результаты
погружения стеклянных палочек в воду, масло и ртуть; смачи-
вание ртутью металлов весьма эффектно показать, амальгами-
руя на глазах у учащихся цинк (см. § 44 и рис. 314).
Кроме описанных ниже капиллярных явлений, полезно проде-
монстрировать постепенное проникновение воды в кирпич, постав-
ленный своим основанием в кювету с водой, действие фитилей
и т. п.
Для внеклассных занятий следует рекомендовать ряд увле-
кательнейших опытов, которые могут быть проведены при круж-
ковых работах или даже в домашней обстановке.
К числу этих опытов относятся:
1) Плавание иглы на поверхности воды. 2) Образование окон
на поверхности воды, покрытой ликоподием, при действии па-
ров эфира. 3) Разбегание плавающих в воде спичек при растворе-
х) Свинцовые цилиндры (с ушками для подвешивания) имеются в про-
даже (рис. 223). Предпочтительно приобрести цилиндры диаметром в 20—
25 мм; тогда величина удерживаемого груза может быть доведена до 20—
25 кГ. Изготовление таких цилиндров путём отливки их из свинца в глиня-
ной форме особых затруднений не представляет для преподавателя, владею-
щего хотя бы элементарными ремесленными навыками.
5 32, 2
219
пии мыла. 4) Опыты с мыльными пузырями. 5) Опыты с жидкими
плёнками на каркасах и т. д.
2. Опыт L Сцепление у твёрдых тел.
Приборы и материалы: 1) Стеклянные пришлифованные
пластинки (рис. 511). 2) Свинцовые цилиндры (рис. 223). 3) Воск или парафин.
4) Рама. 5) Гири в 5 и 10 кГ. 6) Мешок с песком весом в 15—20 кГ. 7) Нож.
Далее описаны три опыта, которые могут и должны быть по-
казаны при рассмотрении вопроса о проявлении сил сцепления
1) Стеклянные пришлифо-
ванные сухие пластинки нало-
жить одна на другую и плотно
сжать их, несколько повернув
одну относительно другой. Под-
держивая пальцами края верх-
ней пластинки, показать, что
нижняя не отпадает, удержи-
ваемая силами сцепления.
2) Основным ус-
ловием для успеха
опыта сцепления
свинца является не-
Рис.
обходимость возмож-
но лучшей пришли-
фовки оснований ци-
линдров друг к другу, чтобы силы сцепления прояви-
лись между возможно большим количеством точек.
Для пришлифовки взять острый нож с прямолинейным
лезвием, и, зажав цилиндр, лучше всего, в тисках,
скоблить ножом основание цилиндра, как показано на
рисунке 223, 11. Когда основание станет совершенно ров-
ным и блестящим по всей своей поверхности, то подоб-
ную же операцию совершить со вторым цилиндром.
Пришлифовку следует сделать непосредственно перед
самым опытом.
3) Привязать к ушкам цилиндров куски проволоки
(от шнура электрического освещения), завязав на кон-
цах у последних петли: одну—для подвешивания ци-
линдров к раме и другую —для прикрепления гири.
На головке гири из жёсткой проволоки сделать крю-
чок. Взяв цилиндры в руки, с силой прижать их
основаниями друг к’другу и для более тесного приле-
гания постараться повернуть один относительно другого. Подве-
223. Свинцовые цилиндры и их
цришлифовка.
224.
Рис.
Сцепление
свинцовых
цилиндров.
сить цилиндры к деревянной раме и затем осторожно прице-
1)См. книги: Знаменский, «Лаб. зан.», Том Т н т, «Научные раз-
влечения».
220
$ 32, 3
Рис. 225. Сцепление стеклян-
ных смоченных жидкостью
пластинок.
пить гирю к петле на нижнем цилиндре (рис. 224). Получив
силы сцепления, удерживающие груз в 5 кГ, что осуществить
сравнительно легко, заменить гирю большей — в 10 кГ и, на-
конец, попытаться подвесить мешок с песком весом в 15—20 кГ.
Если пришлифовка сделана достаточно тщательно, то удержи-
ваемый груз можно довести до 25 кГ для цилиндров диаметром
в 25 мм.
4) Взять куски парафина или лучше воска и показать, что,
приведённые в соприкосновение, они не сцепляются между собой.
Нагреванием размягчить парафин или воск и обнаружить их
сцеп ляемост ь.
3. Опыт II. Сцепление у жидкостей.
Приборы и материалы: 1) Два стекла от фотопластинок
(6 см X 9 см или, лучше, 9 см X 12 см). 2) Резиновый шнурок. 3) Нитки.
4) Сургуч или воск. 5) Сосуд с водой.
Опыт служит для обнаружения сил сцепления у жидкостей,
а также явления прилипания последних к твёрдым телам.
1) Промыть с мылом стёкла от
фотопластинок для удаления следов
жира с их поверхности.
2) К одной из пластинок по её уг-
лам приклеить сургучом или воском
концы четырёх ниток Свободные
концы этих ниток связать вместе и
притом так, чтобы пластинка, под-
держиваемая за узел от всех четы-
рёх ниток, висела горизонтально
(рис. 225).
, 3) Складывая сухие пластинки,
обнаружить, что стёкла не способны
сцепляться между собой. Смочить
поверхности пластинок водой (в слу-
чае надобности промыв их ещё раз)
и показать, что нижняя пластинка
удерживается силами сцепления
(рис. 225). Снабдив предварительно
нижнюю пластинку приклеенными к
ней нитками, продемонстрировать,
что силы сцепления удерживают не только вес нижнего стекла,
но и некоторый груз.
4) Привязать к узлу четырёх нитей, приклеенных к стеклян-
ной пластинке, тонкий резиновый шнурок. Проверить, что плас-
г) При приклеивании положить на утлы пластинки маленькие кусочки
воска или сургуча и расплавить их на месте, прикасаясь для этого к ним на-
гретой на спиртовке полоской железа, иначе воск и сургуч не пристанут к
стеклу достаточно прочно.
§ 32, 4
221
тинка, поддерживаемая за свободный конец резинового шнурка
в висячем положении, располагается строго горизонтально.
Опустить пластинку на поверхность воды и, натягивая резино-
вый шнурок, показать, что для отрывания пластинки от поверх-
ности воды нужно некоторое определённое усилие. О величине
этого усилия можно судить по удлинению шнурка.
4. Опыт III. Капилляры. Мениск.
Приборы и материалы: 1) Два сосуда с капиллярами
(рис. 226). 2) Стеклянный трёхгранный сосуд (рис. 227, II). 3) Подкрашен-
ная вода. 4) Ртуть. 5) Штатив. 6) Экраны—белый, чёрный и просвечивающий.
7) Электрическая лампочка с глубоким колпаком (рис. 58). 8) Два стекла от
фотопластинок (9 см\12 см). 9) Сосуд с водой.
Для опыта, имеющего своей целью показать, как устанавли-
вается уровень ртути и воды в капиллярных трубках по сравне-
нию с их уровнем в широких сосудах, имеются в продаже сооб-
щающиеся сосуды, показанные на ри-
сунке 226. Эти сосуды позволяют также | I I |( |
обнаружить форму менисков у ртути и |
воды. fl I ‘I.
1) Наливая через широкий сосуд, на-
полнить приборы примерно на половину, ( I |И
ОДИН —ЧИСТОЙ ртутью И Другой —ВОДОЙ, я J |И
подкрашенной флуоресцином, фуксином, ! | [И
ноне марганцовокислым калием (§ 11, 4). I I 1И
2) Укрепить сосуды на штативе и \^-
расположить их на фоне сначала белого,
а затем чёрного экрана (§ 12, 7). Приме- Ртуть
нить дополнительное освещение спереди рис 226. Сообщающиеся
или сбоку посредством лампочки с глубо- сосуды с капиллярами,
ким колпаком (§ 12,8). Выяснить наилуч-
шие условия для обеспечения видимости.
3) Расположить те же сосуды на фоне просвечивающего экра-
на. Сравнить видимость с предыдущим случаем. Выяснить,
хорошо ли видны выпуклый и вогнутый мениски и разница уров-
ней в широкой и узкой трубках.
*4) Взять два стекла от фотопластинок, промыть их тщатель-
но водой с мылом и связать вместе ниткой, вложив с одного края
обломок спички (рис. 227, I). Погрузить их нижний край в сосуд
с водой, чтобы получить картину, изображённую на рисунке 227,1.
5) Взять сосуд, изготовленный из трёх фотопластинок и дере-
вянного брусочка, и налить в него ртути и воды. Наблюдать ме-
ниски (рис. 227, II).
6) Выяснить, не выиграют ли опыты по своей видимости при
употреблении подкрашенной воды, а также какой фон нужно
применить для данного опыта.
222
§ 32, 5
5. Опыт IV. Диффузия жидкостей.
Приборы и материалы 1)Три мензурки или три стеклян-
ных цилиндра для собирания газов (рис. 228). 2) Насыщенные растворы —
сернокислой меди и двухромовокислого калия. 3) Кружочек из пробки или
дерева. 4) Химическая воронка. 5) Просвечивающий экран.
Настоящий опыт —длительного характера, так как полное
смешивание жидкостей, в зависимости от температуры в помеще-
Рис. 227. Капиллярное поднятие воды между двумя стёклами (I).
Расположение уровней воды и ртути в трёхгранном сосуде (II).
нии, может занять несколько дней. Основная трудность в подго-
товке опыта заключается в том, чтобы заполнить примерно по-
ловину (нижнюю) высокого цилиндрического сосуда раствором
и другую верхнюю половину — водой, притом так, чтобы эти жид-
Рис. 228. Различные способы заполнения
цилиндрических сосудов для опытов с
диффузией.
кости оказались резко
разграниченными меж-
ду собой. Здесь для
сравнения описываются
два способа заполнения
и притом с различными
растворами (рис. 228).
1) Налить в один из
цилиндров до половины
воды, в другой —столь-
ко же насыщенного рас-
твора сернокислой ме-
ди. Применить два спо-
соба заполнения. Для
этого в цилиндр с во-
дой опустить химиче-
скую воронку с длин-
ной трубкой, доходя-
щей до дна; через во-
§ 32, 6
223
ронку наливать осторожно раствор сернокислой меди (рис. 228, 1).
В другой сосуд с раствором опустить на поверхность его
пробочный или деревянный кружок почти такого же диаметра,
как и у цилиндра. Полезно к кружку заранее привязать ни-
точку. Из стакана с носиком осторожно наливать воду до за-
полнения цилиндра водой, поддерживая кружочек за ниточку
(рис. 228, II и 111).
2) Воспользоваться тем из описанных способов заполнения,
который дал наилучшие результаты в отношении получения рез-
кой границы между раствором и водой, и заполнить третий сосуд
раствором двухромовокислого калия.
3) Выяснить, как возрастает видимость содержимого сосудов
на фоне просвечивающего экрана.
4) Поставить осторожно цилиндры в «укромное место» и еже-
дневно производить наблюдения, как происходит диффузия.
Делать соответствующие пометки в дневнике до полного смеше-
ния. Сравнить, какой из растворов является наиболее подходящим
для демонстрации.
6. Опыт V. Диффузия аммиака.
Приборы и материалы: 1) Большой стеклянный колпак
(рис. 229). 2) Фильтровальная бумага. 3) Раствор фенолфталеина. 4) Наша-
тырный спирт. 5) Кусочек ваты. 6) Лист фанеры или картона.
Опыт с диффузией аммиака выгодно отличается от подобных
ему опытов с диффузией воздуха и водорода или углекислого газа
тем, что постепенное распространение аммиака обнаруживается
наглядно покраснением индика-
торных бумажек.
1) Отрезать от листа фильтро-
вальной бумаги пять-шесть ко-
ротких полосок (1 смХЗ—4 см) и
одну длинную узкую (1 см X 23—
—30 см) и смочить их раствором
фенолфталеина (см. т. Ill, § 24).
Капнув на одну из коротких поло-
сок нашатырным спиртом, убе-
диться, что из бесцветной она
становится яркокрасной. Три-че-
тыре короткие полоски «при-
клеить» в горизонтальном направ-
лении на разных высотах и длин-
ную — вертикально внутри *вы-
ная стеклянная банка, колпак
или, в крайнем случае, колокол
от воздушного насоса) (рис. 229).
со ко го (чем выше, тем лучше!)
стеклянного сосуда (прямоуголь-
Рис. 229. Опыт с диффузией
аммиака.
224
$ 32, 7; § 33, 1
2) Намочить небольшой кусочек ваты в нашатырном спирте,
бросить его внутрь сосуда и тотчас плотно прикрыть последний
листом фанеры или картона. Вместо ватки возможно ввести в со-
суд кусочек углекислого аммония, выделяющего из себя аммиак.
3) Наблюдать, через сколько времени и в какой последова-
тельности проявляется окрашивание полосок. Сравнить, какие —
горизонтальные или вертикальные—бумажки окажутся более
выгодными для наглядности опыта.
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Определить целевую установку проделанных опытов, сделать зарисов-
ки в тетрадях.
2) Какой формы сосуд наиболее удобен для демонстрации сцепления
между стеклянной пластинкой и жидкостью? Сколько наливать в сосуд
воды? На какохм фоне лучше всего* обеспечивается видимость?
3) Почему важно, чтобы пластинка, висящая на резиновом шнурке,
свободно располагалась горизонтально?
4) Почему для отрывания двух стеклянных пластинок, смоченных водой
(рис. 225), нужна большая сила, чем для отрывания одной пластинки от
поверхности воды?
5) Каким образом можно продемонстрировать наличие сил сцепления
у ртути? Какую пластинку следует взять? Что предварительно надо сделать
с этой пластинкой?
6) На основании какого явления можно утверждать, что в опыте
(рис. 225) измеряется сцепление между частицами воды, а не между стеклом
и водой?
7) Каким простейшим способом можно измерить силу, необходимую
для отрывания пластинки от воды (рис. 225)?
8) С какой целью некоторые экспериментаторы предлагают в опыте с
диффузией жидкости брать воду слегка подогретую (25—30°), а раствор —
обычной комнатной температуры или слегка охлаждённый (10—15°)?
9) Сравнить в методическом отношении описанные здесь опыты по капил-
лярности с опытом, приведённым в § 23, 2.
10) Почему перед опытом «диффузия аммиака» необходима демонстра-
ция, указанная в первом пункте описания?
И) Какие промахи допущены во время опыта с диффузией аммиака,
если бумажки отвалятся или получат слабое окрашивание?
Глава седьмая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО МЕХАНИКЕ.
§ 33. Виды движения. Инерция. Трение.
Методические указания — см. т. 1, §§ 77—81.
Изготовление приборов — см. т. III, § 34.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 35—37 и рис 150—159.
1. Методические замечания. Демонстрации по отделу механи-
ки «Движение и сила» сравнительно немногочисленны и просты.
Нередко количество этих демонстраций сводится до предельного
минимума, так как считают, что некоторые механические процес-
сы настолько просты и, главное, общеизвестны, что не стоит те-
рять дорогого времени на воспроизведение таких явлений, и пото-
§ 33, 2
225
му находят вполне возможным ограничиться приведением при-
меров явлений, происходящих чуть ли не на каждом шагу в
окружающей обстановке. Такое положение безусловно является
крупнейшей методической
ошибкой.
Для внеклассных заня-
тий и вечеров заниматель-
ной физики легко подобрать
значительное количество де-
монстраций; особенно инте-
ресными будут для учащихся
вращательное движение и в
том числе центробежная и
центростремительная силы
(см. Ф. Э., т. II, §42).
2. Обзор опытов по теме:
«Виды движения». ^•Дви-
жения —к риволиней-
ное и прямолиней-
ное следует показывать
так, чтобы траектория всего
движения оказалась видимой
Рис. 230. Вычерчивание траектории
шариком, движущимся по наклонной
плоскости.
хотя бы на самое короткое время. Для этого можно восполь-
зоваться двумя способами: или получить реальную запись
траектории (рис. 230), или воспользоваться способностью че-
ловеческого глаза сохранять зрительное впечатление в тече-
ние 0,1 секунды (рис. 231).
Для записи траектории заставляют катиться шарик, вы-
мазанный штемпельной крас-
кой или густо разведённым
чернильным порошком1), по
листу бумаги, постеленной на
наклонную плоскость (лист
фанеры, примерно 50 еж X 70 ел*,
рис. 230). Выпуская шарик
(без толчка) из руки, полу-
чают прямолинейную траекто-
рию; при боковых толчках
Рис. 231. Траектория движущейся получаются криволинейные (па-
светящейся точки. раболические) пути движения.
Второй способ требует затем-
нения в классе. Лучинку, ’ фитиль, тлеющие на конце, или
горящую папиросу, сигару быстро двигают по прямой,
кривой, и в частности, по окружности (рис. 231). Огонь
й Чтобы краска пристала ко всей поверхности шарика, надо промыть
его в воде с мылом.
15 Е. н. Горячкин
226
§ 55, 2
тлеющего фитиля, прикреплённого к свободно падающей гирьке,
«вычертит» прямую линию.
2) Вращательное движение показывают по-
средством фанерного диска, вращаемого на центробежной маши-
не, при помощи электростатической машины или шкива какой-
либо машины или модели. На диске, круге электростатической
машины или шкиве делаются отметки в виде точек белым или чёр-
ным и показывается, что эти отметки совершают движения по
окружностям.
Весьма полезна демонстрация шарика, привязанного на нит-
ке и вращаемого посредством руки.
Передачу вращательного движения при внеклассных заня-
тиях можно показать на модели трансмиссии, собираемой уча-
щимися из деталей «Конструктора» (§ 14, 6 и рис. 92, I). Для вече-
ров занимательной физики рекомендуется демонстрация стробо-
скопического эффекта, наблюдаемого при вращении колеса со
спицами или электростатической машины (рис. 296), освещаемых
неоновой лампой переменного тока (рис. 333 и 334). Интересен
показ также мёртвой петли (см. Ф. Э., т. II, § 42, 22).
3) Передачу и преобразование движе-
ния можно продемонстрировать на швейной машине, параллель-
ных тисках, токарном станке, модели парового цилиндра (рис. 83)
и т. п. Подробности — см. ф. Э., т. II, § 20.
4) Равномерное движение демонстрируют при
помощи заводной детской игрушки (автомобиль, паровоз, танк),
пускаемой по демонстрационному столу (§ 14, 6). Пути, проходи-
мые за время удара метронома (рис. 232) или маятника (рис. 233),
отмечаются указателями и сравниваются между собой. Интерес-
но показать опыт с шариком, падающим внутри трубки, запол-
ненной жидкостью. Для этого опыта берётся стеклянная трубка
длиной около 70—100 см с внутренним диаметром, незначительно
превышающим диаметр металлического шарика. Трубку снизу
и сверху закрывают пробками, предварительно наполнив её во-
дой так, чтобы не оставалось пузырька воздуха. При перевёртыва-
нии трубки шарик станет двигаться весьма медленно, так что
легко удаётся выявить равномерность движения. Весьма полезно
на трубке нанести какие-либо деления для отсчётов проходи-
мого шариком пути. При использовании вместо воды глицерина
или другой вязкой жидкости (патока) можно получить весьма
медленное равномерное движение.
5) Звуковые сигналы времени необходимы при де-
монстрациях равномерного движения. Отсчёты времени: а) по-
рядка минут — делаются по часам с секундной стрелкой или по
секундомеру и б) порядка секунд и их долей —посредством
метронома (рис. 232) или самодельного громкоотбивающего маят-
ника (рис. 233). У метронома продолжительность интервала
между ударами можно изменять смещением грузика по колеблю-
§ 33, 3
227
щейся полоске, снабжённой делениями (рис. 232). У колеблюще-
гося маятника А маленькая гирька В, периодически ударяющая-
ся о фанерное или жестяное дно ящика, вызывает гулкие удары.
Интервал между ударами зависит от длины маятника, считая её от
центра тяжести большой гири до точки подвеса. Для полу секунд-
ного маятника (удары через — секунды) эта длина — около 2,5 см.
Рис. 232. Метроном и его шкала
Рис. 233. Громкоотбивающий
маятник простейшего устрой-
ства.
3. Обзор опытов по теме: «Трение». 1) Изучение тре-
ния требует прибора трибометра, состоящего из гладко выстру-
ганной доски (20—25 еж х 100—150 см) без сучков, лучше всего
берёзовой, и двух или трёх платформ (плашек, рис. 235). Доску
достаточно сделать толщиной в 2—Зсм, плашки —в 4—6 см, что-
бы в торцы последних можно было ввернуть крючки для соеди-
нения друг с другом. Доску* с одной стороны покрывают тонким
листовым железом и прибивают его по краям мелкими гвоздика-
ми. Для изучения трения по стеклу можно воспользоваться стек-
лом с письменного стола. Одну из плашек с одной стороны тоже
покрывают железом, другую оклеивают мелкой наждачной или
стеклянной бумагой (шкуркой).
15*
228
§ 33, 3
Существуют два способа для приведения в движение плашки
или тележки и для измерения силы тяги. В одном случае плашку
тянут вдоль доски, поместив между ней и рукой динамометр
(рис. 234). В другом случае свободный конец бечёвки, привязанной
к крючку плашки А, перекидывают через блок В (рис. 235). На
Рис. 234. Трибометр с динамометром.
этом конце укрепляют чашку С и нагружают её гирьками до воз-
никновения равномерного движения плашки. На рисунке 235
показан трибометр по А. А. Покровскому. На одном
конце доски укреплена петля D, закрепляемая струбцинкой;
блок В берётся на струбцинке. Демонстрацию по изучению
трения — см. раздел 5.
Рис. 235. Трибометр, установленный, как наклонная плоскость.
Сравнение трения скольжения и катания производят, снача-
ла поставив на наклонную плоскость деревянный или металли-
ческий цилиндр и затем положив его боком. Наклон плоскости
берётся предельным, т. е. таким^ чтобы в первом случае цилиндр
оставался неподвижным и во втором — скатывался.
2) Подшипники. Весьма желательно достать обычный
подшипник с вкладышами от какой-либо старой машины. Кро-
§ 33, 4—5
229
ме того, надо показать ролико-и шарикоподшипники, возможно
более крупного размера (рис. 94) (см. т. I, рис. 19).
Принцип действия роликоподшипника демонстрируют, под-
ложив между плашкой и доской трибометра два-три круглых ка-
рандаша. Для разъяснения действия шарикоподшипника между
сторонами доски и плашки насыпают велосипедных шариков. Ес-
ли поставить на плашку тяжёлую гирю, то достаточно небольшого
нажима пальцем на плашку, чтобы
вызвать её движение.
4. Обзор опытов по теме: «Инерция».
Опыты по инерции весьма многочислен-
ны. Некоторые из них, например,
переламывание палки, повешенной на
бумажных кольцах, выбивание моне-
ты или шашки из стопки их, вращение
сырого и сваренного яйца и др., могут
быть рекомендованы для йвчеров за-
нимательной физики.
Из имеющихся в продаже прибо-
ров заслуживает внимания показан-
ный на рисунке 236. Выпуская из руки
оттянутую в сторону плоскую пружину
из-под металлического шарика листок
Рис. 236. Демонстрация
инерции выбиванием под-
кладки из-под шарика.
А, заставляют её выбить
В картона или жести.
Шарик, оставшись на месте и лишившись опоры, падает внутрь
трубки.
5. Опыт I. Трение.
Приборы и материалы:!) Доска (20 см х 100 см), с одной
стороны обитая чёрной жестью 1). 2) Настольное стекло. 3) Две платформы
(плашки, одна — оклеенная мелкой шкуркой и другая — обитая жестью).
4) Три катка (круглые карандаши). 5) Динамометры (рис. 103 и 105). 6) Ги-
ри — две по 1 кГи две по 2 кГ. 7) Машинное масло. 8) Бечёвка.
Опыт имеет целью показать явление трения при различных
условиях, т. е. провести изучение законов трения. При произ-
водстве опыта необходимо, во-первых, обратить особое внимание
на приобретение навыка получать при тяге равномерное движение
(§ 64, 3) и, во-вторых, тщательно следить за тем, чтобы направ-
ление тяги совпадало с направлением перемещения плашки.
1) Положить доску трибометра на стол. Привязать к одной
из плашек бечёвку; свободный конец бечёвки прикрепить к крюч-
ку динамометра (рис. 234). Экспериментатор должен расположить-
ся сбоку стола.
2) Поставив на плашку сперва гирю в 1 кГ, затем в 2 кГ, и,
наконец, в 3 кГ, для этих трёх случаев (трение дерева по дереву)
определить силы тяги. Выяснить, насколько полученные резуль-
таты соответствуют закону трения.
Чёрная жесть — тонкое листовое мягкое железо.
230
§ 33, 6
3) Взять две плашки, сцепив их между собой, и показать для
грузов по 1 кГ, а также по 2 кГ на каждой плашке, что силы тя-
ги при этом окажутся одинаковыми по сравнению с применением
одной плашки с нагрузками, соответственно равными 2 кГ и 4 кГ.
4) Для нагрузки в 1 кГ или в 2 кГ измерить силы тяги для слу-
чаев трения: а) дерево по стеклу и по железу; б) железо по желе-
зу, сухому и смазанному маслом; в) шкурка по дереву и железу.
5) Вычислить коэфициенты трения для различных случаев.
6) Положить плашку с нагрузкой в 1—4 кГ на катки (два круг-
лых карандаша) и измерить силу тяги.
7) Обратить внимание на обеспечение видимости. Применить
подставки. Взять вместо демонстрационного школьный динамо-
метр (рис. 103) и выяснить, в чём недостатки и преимущества это-
го динамометра по сравнению с демонстрационным (рис. 105).
6. Опыт II. Инерция.
Приборы и материалы:!) Тележка из набора «Конструк-
тор» (рис. 93). 2) Автомобильный шарик. 3) Круглая картонная коробка
или жестяная банка (с крышками). 4) Лист бумаги. 5) Песок. 6) Табуретка.
7) Полотенце. 8) Доска (Z=l м). 9) Деревянный брусок. 10) Рубанок.
11) Киянка.
Опыты служат для демонстрации инерции покоя и движения
несколькими простейшими способами.
k 1) Взять рубанок и, ударяя киянкой (а не железным молот-
ком) сначала сзади, а затем спереди, показать, какое смещение
железки происходит при этом.
Рис. 237. Опыты по инерции с тележкой.
2) Положить с одного края табуретки, поставленной на стол,
полоску бумаги. На бумагу сначала поставить, а затем положить
круглую коробку или банку, наполненную, примерно до поло-
вины, песком. Резким движением выдернуть бумагу так, чтобы
банка осталась на том же самом месте. Достигнув успеха,
опорожнить банку и повторить опыты.
3) Положить на лист бумаги шарик от автомобильного подшип-
ника, мяч или деревянный игрушечный шар, добиться, чтобы при
§ 33, 7; § 34, 1
231
выдёргивании бумаги шарик оставался на прежнем месте.
Испытать такой приём: ударом пальца выбивать бумагу,
держа её свободный конец в другой руке.
4 Поставить на постеленное на стол полотенце табуретку.
Натягивая полотенце несколько вниз, резким движением выдер-
нуть его из-под табуретки (рис. 2) так, чтобы она осталась на преж-
нем месте. Усложнить опыт, положив на табуретку шарик.
5) Собрать тележку из деталей «Конструктор». Поставив на
неё деревянный брусок, резким движением толкнуть тележку
вперёд, добившись падения бруска (рис. 237). Затем дать те-
лежке с поставленным на неё бруском скатиться с наклонной
плоскости, заранее расположив на пути какое-нибудь препят-
ствие (тяжёлую книгу, гирю и т. п., рис. 237). Добиться, что-
бы при ударе о препятствие брусок опрокидывался вперёд.
6) При производстве всех опытов обратить внимание на обес-
печение видимости. Определить положение экспериментатора,
при котором он не загораживает установки (рис. 44).
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме. Определить их целевую установку.
Сделать зарисовку в тетради.
2) Почему и в каком отношении опыт с измерением силы тяги посред-
ством груза уступает способу с применением динамометра?
3) Почему при изучении трения необходимо, чтобы направление силы
тяги совпадало с направлением движения плашки?
4) Какое значение при опытах по инерции имеет величина массы тела,
состояние поверхности (гладкая, шероховатая) опирающегося и выдёрги-
ваемого тела, величина поверхности опоры?
§ 34. Работа и энергия. Простые механизмы.
Методические указания — см. т. I, §§ 82—85.
Изготовление приборов — см. т. III, § 35.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 38 и 39 и рис. 160—168.
1. Методические замечания. Демонстрации по вопросу о ра-
боте и мощности собственно отсутствуют, если не считать изме-
рений этих величин. Однако, в целях наглядности и, главное
конкретизации этих весьма сложных для понимания учащихся
величин надо сопровождать объяснения определёнными манипу-
ляциями, поднимая на высоту гирю и измеряя линейкой путь,
протягивая медленно и затем быстро нагружённую тележку по
столу посредством динамометра и производя измерения и т. п.
(см. раздел 2). Как ни малозначащи могут показаться такие де-
монстрации, но они в значительной степени помогут получить
правильные представления о работе и мощности. Тема «Энергия»,
наоборот, весьма богата демонстрациями по вопросу о её преоб-
разовании из одного вида в другой.
Изучение простых механизмов производится на основании
демонстрации их и измерения действующих и преобразуемых сил,
232
§ 34, 2—3
а также длин путей. Затруднений эти опыты по своей технике не
представляют, но требуют тщательной и вдумчивой подготовки.
Для внеклассных занятий следует рекомендовать сборку са-
мими учащимися из набора деталей «Конструктор» различных
моделей машин и передаточных механизмов (рис. 92).
2. Обзор демонстраций по теме: «Работа и мощность». ^Подъ-
ём груза. Работу при подъёме груза по вертикальному
направлению иллюстрируют, поднимая рукой посредством дина-
мометра гирю вдоль демонстрационного метра. При подъёме по
наклонной плоскости лучше всего воспользоваться сначала плаш-
кой от трибометра (рис. 235), а затем нагружённой в такой же
мере тележкой. Производя измерения силы тяги, выясняют вычис-
лением разницу в совершённых работах (рис. 482). В конце изу-
чения темы этот опыт послужит также для определения к. п. д.
при подъёме груза по’наклонной плоскости, причём, кроме де-
монстрации, следует по этому вопросу поставить лабораторную
работу (§ 64, 7).
2) Падение груза может быть использовано для
совершения работы. Надо показать, что груз, привязанный к
верёвке, перекинутой через блок, может привести в действие
какую-нибудь машину (см. т. I, рис. 176). В качестве машин-
орудий могут быть применены кофейная мельница, швейная
машина, тележка.
3) Падение воды. Демонстрируют водяное наливное
колесо (рис. 86) или турбину (рис. 87), заставляя их поднимать
небольшую гирьку, привязанную к бечёвке, закручивающейся
па валу колеса.
3. Обзор опытов по теме: «Превращение энергии». 1) Потен-
циальная энергия груза и воды —см. пункт 2 и 3
раздела 2 (рис. 86).
2) Кинетическую энергию и её превращение
в потенциальную показывают, приводя в действие турбину Пель-
тона (рис. 87) и заставляя её поднимать гирю посредством закру-
чивающейся на вал бечёвки.
3) Маятник Максвелла — см. раздел 5.
4) Превращение механической работы
в теплоту — см. § 40 и рис. 287 и теплоты в работу — см.
§ 40 и рис. 288.
5) Показывают превращение в теплоту: а) хими-
ческой энергии, зажигая какую-нибудь горелку (рис. 127—129);
Ь) электрической — накаливая электроплитку (рис. 130) или
электрическую лампочку.
6) Демонстрируют превращение электриче-
ской энергии в лучистую, «зажигая» неоновую лампочку
(рис. 333); в механическую, приводя электромоторчик в действие
от батареи (рис. 382).
§ 34, 4
гзз
7) Превращение механической энергии в
электрическую показывают, приводя во вращение электроста-
тическую машину и получая от неё искру. То же можно показать,
накаливая от магнето электрической машины лампочку (рис. 394).
4. Обзор опытов по теме: «Простые механизмы». 1) Набор
«Конструктор» (рис. 92 и 93) является иключительно цен-
ным пос )бием в методическом отношении не столько для демон-
страций, сколько для самостоятельных работ учащихся в кружке.
В состав набора входят: полосы, уголки, плиты, скобы, диски,
шкивы, ролики, колёса, зубчатые обода, рукоятки, валы и пр.,
из которых могут быть собраны посредством
скрепления этих деталей болтиками самые разно-
образные конструкции и действующие модели
(рис. 92 и т. I, рис. 32).
2) Рычаги. Рычаги
работ —см. § 64, 2 и рис.
демонстрационных рычагов
для лабораторных
476. Конструкции
весьма разнообраз-
Рис. 238, I и II. Демонстрация с грузами простейших
рычагов.
ны (см. Ф. Э., т. II, § 31). Наиболее простые демонстрации
с рычагами, опирающимися на деревянную призму, показа-
ны на рисунке 238. Для обеспечения лучшей видимости следует
пользоваться рычагами, способными вращаться около оси, со-
стоящей из гвоздя, вбитого в какую-либо подставку (риё. 239).
Рычагами могут служить демонстрационные метры или деревян-
ные брусочки длиной в 60—100 см и сечением в 6—8 мм X 25—
30 мм, с делениями, нанесёнными, как у демонстрационных шкал
(§ 11). В рычаге просверливают три отверстия — одно точно по-
середине (в центре тяжести) и два других, отступя от краёв при-
мерно на 1 см. Эти отверстия служат для надевания рычага на
ось вращения, сделанную из гвоздя (без шляпки), вбитого в стой-
ку рамы по механике. Для подвешивания грузов и зацепления
динамометра в рычаге вдоль осевой линии ( по длине) просвер-
ливаются отверстия через 5 см, или, что более удобно, вбивают
Рис. 239, I и II. Демонстрация с грузами рычагов на раме
по механике.
§ 34, 5
235
опытов с демонстрацион-
Рис. 240. Деталь устрой-
ства рычага и грузы для
рычагов.
насквозь тонкие (драночные) гвозди без шляпок (рис. 240),
чтобы они выдавались с обеих сторон. Лучше всего применять
для подвешивания грузов петли из проволоки, что позволяет
привесить груз (гири) в любом месте. Иногда пользуются специаль-
ными грузами (весом, примерно, в 50 У7) с крючками для сцепле-
ния их друг с другом и для подвешивания к петле (рис. 240).
Динамометры применяют демонстрационные (рис. 105). Для
демонстраций рычага второго рода нужен динамометр, измеряю-
щий силу нажима (рис. 241). Описание
ными рычагами — см. раздел 6.
Кроме демонстраций для «установле-
ния» закона рычага, необходимо пока-
зать использование рычагов в различ-
ного типа инструментах, что обычно
игнорируют, считая это общеизвестным.
Следует показать (и притом в действии):
кусачки, перерезающие проволоку; вы-
дёргивание гвоздя клещами или молот-
ком с гвоздодёрным приспособлением;
резание жести и бумаги ножницами;
раскалывание ореха щипцами и пр.
Особенно эффектными становятся эти
демонстрации, когда видимость обес-
печивается теневым проектированием.
3) Блоки. Для подвешивания
на раме по механике (рис. 51) наиболее
удобными являются блоки на струб-
цинке (рис. 242). Эти блоки обладают
ещё тем достоинством, что имеют кон
ников, что позволяет посредством винта изменять величину
трения в оси. Иногда неподвижные блоки укрепляют на рей-
ке над демонстрационным столом (§ 6, 5 и 6). Тогда при де-
монстрации можно поднимать сравнительно значительные гру-
зы. Подвижной блок лучше применять деревянный с обоймой из
тонкого металла для получения наименьшего веса блока.
Для достижения наибольшего к. п. д. следует стремиться к
получению наименьшего трения в осях блока, что в основном за-
висит от конструкции, от смазки, и, конечно, от содержания их
в чистоте. Важное значение имеет также качество применяемых
бечёвок. Бечёвки при достаточной крепости нужно брать кручёные,
гибкие (от рыболовных жерлиц). Хороши также лески от спинингов
или удочек. Описание демонстраций с блоками — см. раздел 7.
в качестве подшип-
5. Опыт I. Маятник Максвелла.
Приборы и материалы:!) Маятник Максвелла (рис. 243).
2) Демонстрационный метр. 3) Рама по механике (рис. 51). 4) Экраны фона —
чёрный и белый.
236
§ #4, 5
Маятник Максвелла служит для демонстрации преобразо-
вания механической энергии: потенциальной в кинетическую и
обратно.
1) Подвесить маятник к верхней перекладине рамы на петлях
С и £, чтобы можно было легко изменять расстояние между точ-
ками подвеса (рис. 243).
2) Взявшись за концы АВ оси маятника руками и вращая её,
Рис. 241. Динамометр
для измерения нажима.
закрутить на ней нити до возможно большего подъёма маят-
ника наверх.
3) Освободить ось из рук и предоставить маятнику
возможность двигаться вниз, причём нити будут раскручи-
ваться.
4) Выяснить, как сказывается на успешности опыта наклон
оси к горизонту и как должны быть расположены точки подвеса
(нити параллельны или слегка сходятся кверху или расходятся).
Найти из опытов оптимальные условия, при которых маятник
без перекручивания нитей двигается вверх и вниз.
5) Установить рядом демонстрационный метр для наблюдения
высоты подъёма.
6) Проверить видимость опыта. Применить экраны фона, вы-
брав наиболее подходящий.
£ 34, 6
237
Рис. 242. Блоки: неподвижный (I) на струбцинке и подвижной (II).
6. Опыт II. Рычаги.
и 105) и нажимной (рис. 241).
Рис. 243. Маятник Макс-
велла.
Приборы и материалы: 1) Рама по механике (рис. 51).
2) Рычаг из линейки. 3) Набор грузов с крючками (рис. 240). 4) Демонстра-
ционный динамометр— вытяжной (рис. 103 ~ ~ •
5) Блок на струбцинке (рис. 242). 6) Два
лабораторных штатива. 7) Экраны фона —
белый и чёрный.
Опыты служат для демонстрации
рычагов первого и второго родов с
целью выяснения преобразования
величины сил.
Устройство рычага —см. раздел 4.
1) Надеть рычаг средним Отвер-
стием на гвоздь, вбитый в стойку
рамы (рис. 239, I). Надев на рычаг
петли из прочной нити и беря грузы
с отношением 1 : 2; 2:3 и 1 : 4, най-
ти их положения на линейке при
равновесии. На основании отсчётов
величин плеч выяснить, насколько
получаемые результаты для каждого случая соответствуют за-
кону моментов.
2) Выяснить для одного из .случаев (например, 1 : 2), с какими
грузами —наименьшими или наибольшими —получаются наи-
лучшие результаты опыта.
3) Проверить видимость опыта; применить экран фона.
4) Собрать рычаг второго рода сначала с грузами (рис. 239, II)
для различных отношений плеч. Произвести отсчёты и вычис-
Рис. 245. Демонстрация с динамометром рычага 2-го рода.
$ 34, 7
239
ления. Ось вращения для рычага второго рода взять на середин©
бруска для исключения влияния веса рычага на результаты.
5) Заменить груз, тянущий рычаг кверху (рис. 239, II), на-
жимным динамометром (рис. 241). Меняя положение груза, про-
извести отсчёты (плеч и сил) и вычисления.
6) Применить вытяжной динамометр (рис. 103 и 105), как по-
казано на рисунках 244 и 245. Произвести отсчёты и вычисления.
7) На одном из случаев выяснить, как сказывается на правиль-
ности результатов вес взятых грузов и отношение плеч.
8) Проверить видимость для одного из случаев; применить
экран фона.
7. Опыт III. Блоки.
Приборы и материалы: 1) Рама по механике (рис. 51).
2) Блоки — подвижной и два неподвижных на струбцинках (рис. 242).
3) Нить. 4) Полиспаст. 5) Гири — одна в2кГи две по 1 кГ. 6) Динамометры—
школьный (рис. Юз) и вытяжной демонстрационный (рис. 105). 7) Два де-
монстрационных метра. 8) Две струбцинки. 9) Отвёртка. 10) Экраны фона—
белый и чёрный.
Опыт имеет целью демонстрацию блоков и полиспаста и
определение к. п. д. при пользовании этими механизмами. При
опыте необходима тренировка с целью овладеть навыком произ-
водить равномерное перемещение груза.
Рис. 246, I и Ц. Установка для демонстрации блоков.
240
§ 34, 8; § 35, 1
1) Укрепить неподвижный блок и, перекинув через него
нить, подвесить на ней гирю в 1 кГ или большую. Свободный ко-
нец нити-Присоединить к динамометру (рис. 246, I). Меняя угол
наклона нити относительно вертикали, показать, что величина
силы, действующей на динамометр, остаётся неизменной (равной
1 кГ) при любом направлении нити.
2) Укрепив с помощью струбцинок два демонстрационных
метра и поднимая груз при посредстве блока, измерить величи-
ны: приложенной силы и длины путей перемещения гири и ди-
намометра. Вычислить к. п. д.
3) Увеличить трение в блоке (завёртывая для этого винт А у
конусного подшипника (рис. 242, I). Выяснить, изменилась ли
сила, необходимая для подъёма груза и к. п. д.
4) Продемонстрировать равновесие двух гирь одинакового
веса на неподвижном блоке.
5) Проверить видимость опыта. Обратить внимание на такое
расположение динамометра, метровых линеек и самого экспери-
ментатора, при котором обеспечивается наибольшая простота от-
счёта путей и величин силы. Применить экран фона.
6) Определить подобным же образом к. п. д. при подъёме гру-
за посредством подвижного блока (рис. 246, II). Показать уравно-
вешивание гирь различного веса.
7) Определить к. п. д. при подъёме груза посредством полис-
паста.
8) На одном из случаев выяснить, какой динамометр —школь-
ный (рис. 103) или демонстрационный (рис. 105) — является
наиболее удобным и обеспечивающим наибольшую наглядность.
8. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по темам. Определить их целевые установки.
Сделать зарисовки опытов в тетради. *
2) Какое значение может иметь масса маятника Максвелла и гибкость
нитей, на которых он подвешен?
3) С какими грузами (по величине — большими или меньшими) и с ка-
ким соотношением их величин результаты измерения окажутся наиболее близ-
кими к ожидаемым по расчёту?
4) Сравнить в методическом отношении различные, приведённые в раз-
деле 6 демонстрации с рычагами.
Глава восьмая,
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО ТЕПЛОТЕ.
§ 35. Нагреватели и посуда.
1. Источники теплоты. Демонстрации по теплоте обладают
своеобразием по своей технике, вследствие применения в них
нагревания тел тем или иным способом. В основном приходится
использовать источники теплоты в виде разного рода горелок, они-
$ 35, 2
241
санных в § 18, 1—6. Для демонстрационного эксперимента при
подогревах значительных масс наилучшим источником является
электрическая плитка (рис. 130), а при отсутствии тока и газа —
примус (рис. 128). Однако во многих случаях наиболее удобно
применять для нагревания спиртовую лампочку.
2. Посуда и правила пользования ею. Для нагревания жидко-
стей служит специальная стеклянная посуда, носящая название
химической (колбы, реторты, химические стаканы, пробирки).
Для этой посуды характерны тонкие стенки, не трескающиеся
даже при сравнительно быстром изменении их температуры.Хи-
мическая посуда весьма непрочна и легко бьётся, поэтому во всех
тех случаях, когда это не вызвано условиями опыта, рациональ-
но применять металлические кастрюли (железные, эмалирован-
ные, алюминиевые и т. п.), а то и жестяные консервные банки и
бидончики.
При всякого рода нагревании воды, а также при пользовании
химической посудой следует соблюдать:
Правила пользования посудой.
I. Для сокращения времени подготовки опыта на уроке
следует заранее во время перемены нагреть воду в каст-
рюльке, электрическом чайнике и т. п. или непосредственно
в той же посуде, которая применяется для опыта.
II. При нагревании воды в колбах и химических стака-
нах на спиртовке, а тем более на примусе и газовой горелке
совершенно необходимо между пламенем и дном сосуда
помещать железную асбестированную сетку (рис. 49). При
отсутствии сетки посуда может лопнуть вследствие неравно-
мерного нагревания её отдельных частей.
III. Нагревание воды в химических стаканах можно
производить, ставя их на сетку, положенную на таган
(рис. 49); при пользовании колбами рекомендуется брать
лабораторный штатив и во избежание опрокидывания колбы
при неосторожном движении слегка закреплять горлышко
посредством лапки (рис. 50).
IV. При нагревании пробирок в обволакивающем их
пламени, например, при демонстрации плохой теплопровод-
ности воды (рис. 271), надо следить за тем, чтобы пламя
не касалось участков, расположенных выше поверхности
воды. При несоблюдении этого условия капли воды, стекаю-
щие после конденсации вдоль стенок, попадают на раска-
16 Е. Н. Горячкин
242
§ 35. 3
ленный участок стекла и заставляют его треснуть. Подобное
явление часто наблюдается у колб при нагревании их с не-
большим количеством воды без применения сетки.
V. На рисунке 247 показаны неправильное и правиль-
ное расположения пламени относительно сетки и подогре-
ваемого предмета. Сетку следует располагать так, чтобы она
находилась примерно на высоте 2/3 по сравнению с величи-
ной нормального пламени.
Рис. 247. Неправильное (I) и правильное (II) положения
пламени спиртовки.
3. Нагревание и кипячение в толстостенной стеклянной
посуде.
I. В некоторых случаях (см. §39, 7 и рис. 285) надо иметь
горячую воду в стеклянных крупных сосудах и бутылках.
Такая посуда и бутылки обычно имеют толстые стенки и
поэтому при наливании в них кипятка могут лопнуть. Во
избежание этого поступают так. Наливают в бутылку или
сосуд очень немного горячей (50°—60°) воды и «ополаски-
вают» для прогревания стенок. Затем, вылив воду, вновь
наливают уже большее количество горячей воды и, взбал-
тывая, прогревают ещё сильнее стенки посуды. После
нескольких таких операций в посуду можно будет налить
горячей воды в достаточном количестве.
II. Воду в бутылках можно нагреть, хотя бы до ки-
пения, поместив их в большую кастрюлю с холодной водой,
клторую затем нагревают до кипения на примусе.
§ 36, 1
243
III. В стеклянных банках или других сосудах с ши-
роким горлом воду можно нагреть, опустив в неё элект-
рический нагреватель «минутка» (рис. 131). Однако этот
нагреватель надо подвесить так, чтобы он находился близ
дна, но не касался его и расположился примерно на оди-
наковом расстоянии от стенок сосуда.
IV. При подогревании воды и воздуха в трубках, на-
пример, для демонстрации явлений конвекции в жидкостях
и газах (рис. 273 и 274), нельзя оставлять пламя непо-
движным; необходимо несколько перемещать его взад и
вперёд вдоль посуды и тем самым распространить нагрева-
ние на некоторый участок.
Об уходе за посудой и в частности мытье её — см. т. Ill, § 25.
§ 36. Расширение тел от нагревания.
Методические указания — см. т. I, § 71.
Изготовление приборов — см. т. III, § 36.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 49 и рис. 205—213.
Рис. 248. Различное сжатие жид-
костей при охлаждении.
1. Обзор опытов по теме: «Расширение жидкостей и газов.
Термометр».' 1) Расширение жидкости. Демонстрация
может быть осуществлена двумя способами, как это описано в
разделе 3. Весьма поучителен
опыт, показывающий, что жид-
кость, нагретая примерно до
100°, при своём охлаждении
до комнатной температуры пре-
терпевает сравнительно зна-
чительное изменение объёма.
Для этого заранее нагревают
в большой кастрюле с водой
бутылку из-под водки (в х/2 л
или лучше в 1 л), наполнен-
ную водой. Бутылку переносят
на демонстрационный стол и
обращают внимание учащихся,
что она заполнена до самого
верха. Через час-два уровень
воды понизится в горлышке на
1,5—2,5 см. Если нагреть подобным же образом вторую бутылку
с керосином, то при охлаждении обнаружится ещё более значи-
тельное уменьшение объёма, чем у воды (рис. 248). Таким обра-
16*
£ 36, 2
ЛеЪ
зом можно показать, что различные жидкости расширяются не-
одинаково.
2) Особенности расширения воды. Наблюдение
особенностей расширения воды требует сравнительно длительного
времени и притом условий лаборатории, а не аудитории, почему
демонстрации этого явления обычно бывают неудовлетворитель-
ными. Наиболее просто показать особенности рас-
ширения воды при помощи водяного термометра, но
этот прибор у нас не изготавливался (рис. 249).
Косвенным образом явление «демонстрируется» по-
средством высокого сосуда с двумя термометрами,
наполненного водой; окружающее среднюю часть
жестяное круглое корытце
заполняется охлаждающей
смесью льда и поваренной
соли (рис. 250). Через неко-
торое время нижний термо-
метр станет показывать
температуру около -|- 4Э,
верхний — более низкую
(около 0°).
3) Термометр. При-
бор, служащий для демон-
страции расширения воды
при нагревании, является
моделью термометра (рис.
254,11). Для демонстрации
весьма полезен спиртовой
термометр крупного разме-
ра, употребляемый для из-
мерения температуры на-
ружного воздуха (рис. 107).
4) Расширение
Рис. 249. газов показывается од-
Водяной и ним из двух способов, из- Рис. 250. Прибор для «де-
ртутный ложенных в разделе 4 монстрации» наибольшей
термометры. (рис 255) плотности воды.
2. Обзор опытов по теме: «Расширение твёрдых тел от
нагревания». Увеличение длины при нагревании твёрдого тела
оказывается настолько незначительным, что его нельзя непосред-
ственно обнаружить простым глазом, и приходится прибегать к
некоторым косвенным способам, к числу которых относятся:
1) Рычаг. Расширяющийся стержень при своём удлине-
нии воздействует на конец короткого плеча рычага. Тогда пере-
мещение конца длинного плеча АА} получается во столько же раз
больше, чем удлинение ВВ}, во сколько раз длинное плечо больше
короткого (рис. 251, I). На рисунке 251 показаны некоторые слу-
§ 36, 2
245
чаи применения рычага для обнаружения удлинения стержня D.
Такое применение рычага используется в многочисленных типах
приборов. В распространённом в школах пирометре Главучтех-
прома применяется двойной рычаг (рис. 256, I и II).
Рис. 251. Различные способы обнаружения удлинения стержней.
D — удлиняющиеся стержни; F — пружина; С — каток, соединённый со стрепкой Е;
Д’ — призма, входящая в вырез L удлиняющегося стержня и соединённая со стрелкой.
2) Калибр. Нагреванием производится изменение размеров
или одного калибра, или одного тела, подобранного соответственно
калибру до его нагрева-
ния. Тогда после нагре-
вания или охлаждения / //
обнаруживается нару-
шение равенства разме-
ров калибра и тела.
Этот способ находит
себе применение: в про-
стейшем опыте с пятач-
ком, калибрируемым с
помощью двух булавок,
вколотых в дощечку;
в приборе Гравезанда
(рис. 252); при исполь-
зовании подковы в ка-
Рис. 252. Кольцо Гравезанда.
честве калибра и т. п.
3) Изгиб. При неравномерном нагревании плохо проводящих
246
$ Зв, %
теплоту стержней возникает изгиб, что позволяет заключить об
удлинении при нагревании и сжатии при охлаждении. Два стержня
из различных материалов, склёпанные друг с другом, при нагрева-
нии и при охлаждении изгибаются
Рис. 253. Прибор Тиндаля для де-
монстрации излома чугунного стержня
при термическом сжатии.
(рис. 257). Этот способ находит
себе применение главным об-
разом для сравнения расши-
рения различных веществ.
4) Разрушение. Как
при расширении, так и при
сжатии, вследствие измене-
ния температуры, возникают
огромные силы, если пре-
пятствовать этим изменениям
длины. В приборе Тиндаля
сжатие охлаждаемого же-
лезного бруска В обнаружи-
вается посредством разруше-
ния чугунного стерженька
D (рис. 253). Этот нагретый брусок В вкладывается в станину
А А и «натягивается» посредством гайки С с рукояткой.
5) П р о в е с. В достаточно длинных (Р/2 —2 м) проволоках,
подвешенных за их концы
горизонтально, при силь-
ном нагревании образуется
заметный провес. Проволо-
ку обычно нагревают элек-
трическим током. Для обес-
печения видимости к про-
волоке подвешиваются на
крючках бумажные флажки
(§ 11, 3, рис. 43). После
выключения тока и охлаж-
дения проволоки провес
исчезает.
Опыт с прибором Гра-
везанда сводится к пока-
зу, что шарик, проходя-
щий сквозь кольцо, после
своего нагревания стано-
вится неспособным к про-
хождению (рис. 252). В
методическом отношении
этот опыт уступает демон-
страции с пирометром
(рис. 256), с которым
обнаруживается именно
ко демонстрация кольца
Рис. 254, I и II. Приборы для демон-
страции расширения жидкости.
линейное расширение тела. Одна-
Гравезанда оказывается весьма по-
§ Зв, 3—4
2\7
лезной, когда возникает вопрос о том, как изменяется про-
свет (диаметр отверстия) в кольце при надевании и охлаж-
дении.
Сравнение расширения различных веществ —см. в разделе 6.
3; Опыт 1. Расширение жидкости при нагревании.
Приборы и материалы: 1) Колба ёмкостью в 500—
1000 см 3. 2) Стакан с водой 3) Упрошенный прибор для расширения газа
(рис. 255). 4) Спиртовка. 5) Просвечивающий экран.
Существуют два способа для демонстрации расширения жид-
костей при нагревании.
1-й способ. 1) Колбу, укреплённую наклонно в штативе,
заполнить подкрашенной водой до возможного предела. Подо-
гревание воды в колбе производить, нагревая её на спиртовке и
передвигая пламя для получения равномерного надевания
(рис. 254, I). Можно также осторожно погрузить шарообразную
часть колбы в сосуд с горячей водой. Образующийся излишек
воды и выливающийся из колбы каплями собрать в стаканчик.
2) Проверить обеспечение видимости; применить просвечиваю-
щий экран.
2-й способ. 1) Заполненную подкрашенной водой колбу
плотно закрыть резиновой пробкой с пропущенной сквозь неё
стеклянной трубкой. В колбе под пробкой не должно оставаться
воздуха; часть жидкости будет вытеснена в трубку (рис. 254, И).
Добиться, чтобы уровень жидкости в трубке стоял выше пробки
на 2—3 см. Уровень воды отметить при помощи надетого патруб-
ку резинового колечка или полоски картона, подвязанной сза-
ди трубки. Сделать на картоне отметку уровня краской или чер-
нилами.
2) Опустить колбу в сосуд, заполненный горячей водой, и по-
казать, что уровень воды в трубке поднимается па некоторую
высоту.
3) Для обеспечения лучшей видимости и в том случае, когда
начальный уровень отмечен резиновым колечком, показать опыт
на фоне просвечивающего экрана. При использовании картон-
ной полоски для отметки уровня жидкость требует столь интен-
сивной окраски, чтобы её уровень в трубке оказался ясно види-
мым.
4. Опыт II. Расширение газа при нагревании.
Приборы и материалы: 1) Колба ёмкостью в 300—
500 см3. 2) Лабораторный штатив. 3) Подкрашенная вода. 4) Модель воздуш-
ного термометра (рис 255. II). 5) Спиртовка. 6) Сосуде горячей водой. 7) Ста-
кан. 8) Просвечивающий экран.
Для демонстрации расширения газа существуют два способа,
подобные описанным для расширения жидкости (см. раздел 3).
1-й способ. 1) Взять колбу и, расположив наклонно её,
248
§ Зв, 5
эффект, если положить на
Рис. 255, I и II. Приборы для демонстрации
расширения газов.
как указано на рисунке 255, I, погрузить горлышком в стакан
с водой. Наблюдать, как при нагревании шарообразной части
рукой расширяющийся газ станет выходить через воду пузырь-
ками.
2) Для улучшения видимости применить просвечивающий эк-
ран. Повторить опыт, добиваясь, чтобы получался надлежащий
колбу даже одну руку.
3) Сравнить полу-
ченный результат с эф-
фектом при подогрева-
нии газа на спиртовке.
2-й способ. 1) Из
колбы, пробки и стек-
лянной трубки собрать
прибор, показанный на
рисунке 255, II.
В колбу налить не-
которое количество под-
крашенной воды, при-
мерно на высоту 3—
считая от дна сосуда.
Колбу закрыть проб-
кой, через которую про-
пущена стеклянная
трубка. Трубку взять
такой длины, чтобы она
доходила до дна колбы
и, кроме того, выступала над пробкой на высоту 20—30 см. Жела-
тельно для прибора вместо обыкновенной трубки взять химиче-
скую воронку, тогда при излишнем нагревании вытесняемая жид-
кость не станет выливаться через отверстие в трубке, а будет
собираться в воронке.
2) Подогреть воздух в колбе, приложив к ней руку, и показать,
что уровень жидкости поднимается вверх по трубке.
3) Проверить, насколько обеспечивается видимость; приме-
нить просвечивающий экран.
5. Опыт III. Удлинение при нагревании.
Приборы и материалы:!) Пирометр (рис. 256). 2) Спир-
товка. 3) Денатурированный спирт. 4) Вата. 5) Масштабная линейка.
6) Экраны фона (§ 11, 7).
Удлинение при нагревании в пирометре Главучтехпрома обна-
руживается при помощи двойного рычага (рис. 256, I и II). Для срав-
нения расширения различных веществ к прибору приложены два
или три стержня, сделанных обычно из железа, меди и латуни.
Однако, при помощи пирометра это сравнение произвести нельзя,
так как нагревать стержни до одинаковой температуры не пред-
г зв, 5
249
Рис. 256, I и II. Устройство двой-
ного рычага пирометра.
ставляется возможным. Упрощенный прибор, нужный для срав-
нения с пирометром, может быть взят любой (Ст. уч., часть 1,
рис. 173).
1) Взять один из стержней, прилагаемых к пирометру (рис. 256),
и вложить его в корпус
между установочным винтом
А и рычагом В. Вращая
установочный вйнт, добиться,
чтобы конец стрелки С показы-
вал на нуль шкалы.
2) Разобраться по схеме, дан-
ной на рисунке 256,1 и II, и на
самом приборе в устройстве и
действии рычагов. Произведя
соответствующие измерения,
выяснить, во сколько раз от-
клонение стрелки по шкале
превосходит действительное
удлинение стержня.
3) Положить в жестяное ко-
рытце небольшое количество
ваты, смочив её денатурированным спиртом, зажечь. Наблюдать
отклонение стрелки. Повторить опыт, взяв стержень из иного
материала.
Рис. 256, III. Пирометр.
250
£ Зв, 6
4) Продемонстрировать опыт с упрощенным прибором
(рис. 330).
5) Проверить видимость опытов; применить экраны фона.
6; Опыт IV. Биметалл.
Приборы и материалы: 1) Полоски из меди и железа,
склёпанные между собой (рис. 257, I). 2) Спиртовка. 3) Подставка или штатив.
4) Гиря в 1—2 кГ. 5) Экраны фона (рис. 56).
Для обнаружения, что стержни из разнородных веществ при
одинаковом изменении температуры изменяют свою длину раз-
личным образом, служат две склёпанные между собой полоски —
Рис. 257, I. Биметаллическая полоска.
Латунь
Железо
Рис. 257, II. Прибор с биметаллической полоской 4,
изгибы которой демонстрируются при помощи стрелки В.
одна из латуни или меди и другая из железа, продаваемых от-
дельно или оформленных в виде прибора (рис. 257, 1 и 11). Опыт
с этими полосками объясняет также, почему полоска из би-
металла изгибается при нагревании.
1) Укрепить один конец этих полосок в лапке штатива или иным
способом так, чтобы полоски оказались расположенными
$ Зв, 7; £ 37, 1
251
горизонтально. Отметить посредством какого-либо указателя
положение свободного конца.
2) Нагреть полоски на спиртовке, проводя по ним пламенем
взад и вперёд. Наблюдать изгиб полосок.
3) Принять меры к увеличению демонстративности опыта, при-
менив шкалу и сделав на свободном конце полосок насадку в ви-
де «стрелки». Выяснить надобность в применении экранов фона.
4; Воспользоваться прибором, показанным на рисунке 257, 11.
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Выяснить целевую установку проделанных опытов. Сделать зари-
совки.
2) Сравнить в методическом отношении варианты опытов: «расширение
жидких и газообразных тел» (рис. 254 и 255). Нужно ли оба варианта демон-
стрировать в классе?
3) Трубку какого диаметра (большего или меньшего) следует брать для
опытов (рис. 254, И и 255, II)?
4) Почему в первый момент погружения колбы в горячую воду уровень
воды в трубке понижается (рис. 254, И)? Для демонстрации на какую тему
может служить это явление?
5) Колбы какой ёмкости следует брать в опытах (рис. 254 и 255) для
большей наглядности, а также для более быстрого получения результата?
6) Имеет ли значение угол наклона колбы в опытах (рис. 254 и 255)?
7) Почему колбы в опытах (рис. 254 и 255)г нельзя заменить бутылками?
8) Какие опыты на расширение жидкостей и газов следует рекомендо-
вать учащимся для постановки в домашних условиях?
9) Какой стороной кверху — медной или железной — надо расположить
полоски, чтобы при нагревании изгиб происходил тоже вверх (рис. 257, I)?
10) Почему рекомендуется полоски укрепить горизонтально, а не вер-
тикально или под углом (рис. 257)?
И) Как изогнутся полоски (рис. 257) при охлаждении и как обнаружить
это на опыте? (См. т. I, рис. 154.)
12) Какое дополнение должно быть внесено в опыт (рис. 257) с целью
демонстрации принципа самодействующего электрического сигнала о по-
жаре?
13) Почему полоски берутся склёпанными между собой, а не спаян-
ными?
§ 37. Передача теплоты.
Методические указания — см. т. I, § 72.
Изготовление приборов —см. т. III, § 37.
Рисунки по теме —см. т. IV, § 51 и рис. 214—226.
1. Методические замечания. Эксперимент по теме «Передача
теплоты» чрезвычайно разнообразен и многочисленен, что позво-
ляет эти вопросы при их изложении превратить для учащихся
в одну из увлекательнейших глав физики. Нет никакой надоб-
ности загромождать уроки экспериментом; ряд опытов надо от-
нести к кружковой работе, в частности для вечеров заниматель-
ной физики, часть же поручить учащимся проделать дома само-
стоятельно.
252
$ 37, 2
Рис. 258. Различные способы обна-
ружения нагревания.
2. Обзор опытов по теме: «Теплопроводность». 1) Тепло-
проводность твёрдых тел. В опытах обычно изу-
чается не теплопроводность какого-либо одного вещества, а срав-
ниваются теплопроводности нескольких веществ.
При опытах для обнаружения повышения температуры те-
ла до некоторого предела приходится прибегать к следующим спо-
собам:
а) Теплочувствительная окраска. Неко-
торые химические соединения, в том числе комплексная соль
(Ag2HgJ4), т. е. соединение йодистого серебра (AgJ) и иодной
ртути (HgJ2), обладают тем замечательным свойством, что при
повышении температуры изме-
няют своё молекулярное строе-
ние, в результате чего проис-
ходит изменение окраски. При
последующем охлаждении ве-
щество восстанавливается в
своём прежнем составе и вновь
принимает окраску, существо-
вавшую до опыта. Так, упо-
мянутая соль, имеющая при
обычной комнатной температу-
ре ли монно жёлтый цгет, при
температурах, больших 35э,
принимает яркокрасную окрас-
ку. Если тело, окрашенное
такой краской, изменяет свой
цвет, из жёлтого становясь красным, то это явление указывает
на нагревание тела свыше 35° (рис. 258, I).
б) Плавление. Нагревание тела выше некоторых темпера-
тур может быть обнаружено при помощи плавления определён-
ных веществ, покрывающих поверхность тела. Такими вещест-
вами являются воск, парафин, специальные сплавы и т. п. Когда
при распространении теплоты от места нагрева А температура
частей тела постепенно доходит до точки плавления вещества,
покрывающего поверхность, это вещество плавится и стекает
(рис. 258, II). По обнажению поверхности тела можно судить о рас-
пространении теплоты. Тот же эффект обнаруживается по отпа^
дению восковых шариков (рис. 258, III) или спичек, прикреп-
лённых воском (рис. 258, IV).
в) Термоскоп. Для материалов, из которых нельзя по
тем или иным причинам изготовить стержней (вата, войлок, ре-
зина и т. п.), или же изготовленные стержни нельзя приводить в
непосредственное соприкосновение с горячей водой или пламе-
нем, теплопроводность обнаруживается при помощи термоско-
па (рис. 269). Для этого между дном сосуда с горячей водой и при-
ёмником термоскопа помещают исследуемую пластинку.
$ 37, 2
253
г) Ощущение. Оценка по ощущению уместна и примени-
ма лишь при опытах учащихся в их бытовых условиях (нагрев
проволок железной и медной и т. п.; см. Ц и н г е р, рис. 220).
При демонстрациях теплопроводности наибольшая нагляд-
ность достигается при применении теплочувствительных красок;
однако, соответствующие приборы не выпускаются нашей промы-
шленностью. Поэтому приходится чаще всего прибегать к исполь-
зованию второго способа — к плавлению легкоплавких веществ.
На рисунке 259 показаны различные приборы для наблюдения яв-
Рис. 259. Приборы для сравнения теплопроводности
металлических стержней.
ления теплопроводности и для сравнения теплопроводности раз-
личных веществ. В этих приборах производится нагревание кон-
ца одного стержня или нескольких стержней при помощи горячей
воды. Слой воска, покрывающий поверхность этих стержней, по-
степенно плавится, показывая, что теплота постепенно распро-
страняется от места нагревания. В приборе, описанном уЦинге-
р а (рис. 259, II), расплавляющийся парафин позволяет наде-
тым на стержень металлическим кольцам В сползать вниз
(рис. 258, V). Таким образом, наличие колец обеспечивает много
лучшую видимость по сравнению с теми случаями, когда нагрева-
ние обнаруживается лишь одним плавлением и стеканием воска со
стержней. Достаточно хорошую демонстрационность обеспечивает
способ, описанный в разделе 6.
К числу интересных опытов, объясняющихся явлениями тепло-
проводности, относится демонстрация неравномерного обуг-
ливания бумаги, окутывающей поверхность тела, неоднородную
по своей теплопроводности, например, кнопки и буквы от галош
на деревянном брусочке (рис. 260). Подобным же образом объяс-
няется опыт с кипячением воды в бумажной коробке (рис. 261).
Действие лампы Дэви — см. раздел 8.
254
§ 37, 3
2) Теплопроводность жидкостей и газов.
Передача теплоты в жидкостях и газах совершается двумя спо-
собами: теплопроводностью и конвекцией. Поэтому для демон-
страции теплопроводности следует создать условия, исключающие
конвекцию, что сильно усложняет задачу при пользовании в сущ-
ности теми примитивными способами, которые доступны школе.
Рис. 260. Неравномерное обугливание бумаги
на поверхности металла и дерева.
Рис. 261. Кипяче-
ние воды в бумаж-
ной коробке.
Таким образом, приходится ограничиться демонстрацией, что во-
да плохо проводит теплоту (см. раздел 7), отказываясь от той же
задачи по отношению к воздуху.
3. Обзор опытов по теме: «Конвекция в жидкостях». ^Кон-
векция. Циркуляционные течения в жидкостях обнаружи-
вают, нагревая сосуд сбоку или снизу на возможно меньшей пло-
щади. При этом в жидкость вводят частицы твёрдых тел, взвешен-
ных в ней (опилки, обрезки бумаги и т. п.; см. Ц и н ге р, рис. 221),
или чаще всего подкрашивают слой жидкости, прилегающей к мес-
ту нагревания. Подкрашивание воды проще всего произвести
марганцовокислым калием, бросив несколько крупинок, которые
опустятся на дно. Однако, следует предотвратить окрашивания
верхней части жидкости, так как по причине своей лёгкой рас-
творимости крупинки марганцовокислого калия во время паде-
ния сквозь воду несколько окрасят её. Во избежание этого в со-
суд с водой опускают доходящую до дна стеклянную трубку, в
которую опускают кристаллики марганцовокислого калия. При
§ 37, 4
255
Рис. 262. Модель водяного отоп-
ления.
этом вода внутри трубки окажется окрашенной. Эту подкрашен-
ную воду легко удалить, плотно зажав пальцем верхнее отверстие
трубки и вынув её затем из сосуда (рис. 273, I). Через короткое
время кристаллы марганцовокислого калия растворятся, при-
дав нижнему слою воды интенсивную окраску.
При нагревании сосуда на воз-
можно меньшем по своим разме-
рам пламени (ёлочная свечка) ста-
нет ясно виден окрашенный столб
воды, поднимающийся кверху
(рис. 273, 11).
Демонстрацию конвекции про-
ще всего провести при помощи
четырёхугольной трубки (рис.
273, 111 и IV), но вследствие ис-
кусственной формы подобного со-
суда опыт не безупречен в мето-
дическом отношении.
2) Модель водяного
отопления показана на ри-
сунке 262. Следует предостеречь
от встречающейся почти у всех
авторов ошибки, состоящей во
включении верхнего сосуда А не-
посредственно в циркуляционную
цепь. Наоборот, в установках
отопления бак, носящий название
расширительного, соединяют с
циркуляционными трубами по-
средством тонкой трубки, к тому
же изогнутой, чтобы затруднить
проникновение в бак горячей воды
и 24).
4. Обзор опытов по теме: «Конвекция в газах». Для демон-
страции конвекции в газах могут быть использованы следующие
способы:
а) Непосредственное наблюдение. При ис-
пользовании теневого проектирования восходящие и нисходящие
токи воздуха достаточно ясно видны. Этот способ заслуживает
самой горячей рекомендации. Соответствующие опыты описаны
в § 24 (рис. 149).
б) Вертушки. Сравнительно сильные воздушные токи в
воздухе обнаруживаются при помощи вертушек. Конструкции
вертушек весьма разнообразны; из них, как наиболее чувстви-
тельные, заслуживают внимания изображённые на рисунке 263
и отличающиеся к тому же простотой своего изготовления. Вер-
тушки — змейка и мельничка приходят во вращение в токе воз-
(см. т. IV, § 8 и рис. 1, 23
256
£ 37, 4
духа, создаваемого керосиновой лампой, спиртовкой, а тем более
примусом. Вертушка типа детской игрушки на сси из булавки
Рис. 263. Различного типа вертушки.
более чувствительна, чем указанные, и уверенно работает, по-
мещённая около открытой форточки, душника, около зеркала
горячей голландской
< печи и т. п. Опыты с та-
Рис. 264. Опыты с папиросой и с ламповым
стеклом.
кой вертушкой — см.
в разделе 10. Наиболее
же чувствительной яв-
ляется простейшая вер-
тушка, вращающаяся
от воздушного потока,
возникающего от теп-
лоты человеческой руки
(рис. 263, IV). Такую
вертушку можно сде-
лать из папиросной
бумаги (квадратной
формы и согнутой по
диагоналям). Её опи-
рают на остриё иглы,
воткнутой в пробку.
в) Применение
дыма. Благодаря при-
сутствию дыма токи
воздуха становятся ясно видимыми (рис. 274). Дым, подни-
мающийся от горящей папиросы, служит для простейшей демон-
? 37, 5
257
страции восходящего тока воздуха (рис. 264, I). Огарок свечки,
помещённый внутри лампового стекла, не гаснет, если верх-
нюю часть стекла разделить надвое жестяной пластинкой
(рис. 264, II). Дым из дымаря (§ 12,10 и рис. 60), втягиваясь через
одну из половин, станет выходить через другую, указывая таким
образом путь возникающего потока воздуха. Применение дыма
для обнаружения конвекции — см. в разделе 11.
г) Летающий воздушный шар. К детскому
воздушному шару, надутому светильным газом или водородом,
Рис. 265. Зеркала Пикте.
привязывают небольшую бумажку, у которой ножницами отстрига-
ют кусок за кусочком до тех пор, пока шар не окажется уравно-
вешенным в воздухе. Такой шарик зимой в комнате с хорошо вы-
топленной печью совершает движение по замкнутому пути в воз-
душных токах воздуха (см. т. I, рис. 161).
дУ Смещение пламени применяется в общеизвест-
ном опыте со щелью в слегка приоткрытой двери, ведущей из
тёплого помещения в холодное (см. Ц и н г е р, рис. 227).
5. Обзор опытов по теме: «Лучеиспускание и поглощение».
Демонстрации по данной теме могут быть разделены по типу при-
меняемых приборов на две группы: а) опыты с зеркалами
Пикте (рис. 265) и б) опыты с к у б о м Леслии термоско-
пом (рис. 268 и 269). Применение зеркал Пикте на данном этапе
иногда встречает справедливое возражение, что пользование ими
17 Е. Н. Горячкин
258
§ 37, 5
заставляет преподавателя несколько уклоняться в сторону от
изложения основного вопроса с целью объяснения действия зеркал.
Однако, опыты с зеркалами Пикте настолько выразительны, что,
несмотря на указанное осложнение, их надо горячо рекомендо-
вать. Демонстрации в классе с кубом Лесли и термоскопом про-
изводят на учащихся слабое впечатление, а до некоторых из них
не доходят вовсе.
1) Сравнение лучей
ными поверхностями
пускания р а зл и ч -
без применения термоскопа
можно провести, произво-
дя наблюдения над паде-
нием температуры при
остывании горячей воды
в двух совершенно оди-
наковых сосудах с раз-
Рис. 266. Отражательная
электрическая печь.
личными наружными поверхностями. Так как подобных сосу-
дов в продаже нет, то применяют две одинаковые колбы, од-
ну—высеребренную и другую—слегка закопчённую. Примерно
через пять минут после начала опыта термометры обнаружат
разницу температур в воде, имевшей в начале опыта около 100°.
2) Источники излучения. Источниками излуче-
ния для зеркал Пикте могут служить электрические лампочки с
«точечным» накалённым телом (§ 13, 9—11 и рис. 71) на 12 V и
50 W и на 120 V и 300—500 W. Не исключена возможность приме-
нения обычных лампочек мощностью в 300 или 500 W. Для
зеркал применяют также нагретую чугунную гирю в 1—5 кг.
Прекрасные результаты получаются с электрической отра-
жательной печью (рис. 266). Применение её тем более интересно,
что излучаемая ею энергия состоит главным образом из инфра-
§ 37, 5
259
лучепоглоще-
влиянием поглощённых им лучей
ли/imoe
Рис. 267, I. Прибор с теплочувстви-
тельной окраской для обнаружения
лучепог лощения.
Красное
красных (невидимых) лучей. Кроме того, температуру её накалён-
ного тела легко изменять при помощи реостата, например, лам-
пового (рис. 308), и, таким образом, провести хотя бы один опыт
при отсутствии видимых излучений. В случае применения тер-
москопа источником излучения служит куб Лесли — сосуд
кубической формы, у которого поверхности граней сделаны различ-
ными (матовые — белая и чёрная, а также полированные —
металлическая и чёрная) (рис. 268). Куб нагревается налитой в
него горячей водой, реже пропусканием водяного пара.
Электрическая плитка (рис. 130) может также служить излу-
чателем: получить же от неё с помощью зеркала параллельный
пучок лучей не удаётся.
3) Способы обнаружения
ния. Нагревание тела под
может быть обнаружено раз-
личными способами:
а) Ощущение. «На-
ощупь» можно судить о на-
гревании тела или сравнить
между собой нагревание двух
тел. Однако, этот способ до-
пустим для индивидуальных
наблюдений и поэтому может
быть рекомендован учащимся
для их опытов дома.
б) Воспламенение.
В фокусе сходящегося интен-
сивного пучка инфракрасных
Жгучей легко возгораются пироксилиновая вата, киноплёнка
и другие легко воспламеняющиеся вещества. Это явление воз-
никает также в фокусе конденсора проекционного фонаря с
вольтовой дугой или кинопроекционной лампой на 12 V, 50 W,
а тем более на 120 V, 300 W (рис. 71). То же наблюдается в
описанном далее опыте с зеркалами Пикте.
в) Теплочувствительная краска (см. раз-
дел 2) применима для обнаружения нагревания при лучепогло-
щении в пучках лучей от отражательной печи, проекционного
фонаря, зеркала Пикте. Наибольшего внимания заслуживает
прибор, в основном состоящий из тонкой металлической отполи-
рованной пластинки с нанесёнными на неё чёрной краской кон-
центрическими кольцами (рис. 267, I). Другая сторона пластинки
покрыта теплочувствительной краской. При нагревании в лу-
чах на этой стороне под чёрными кольцами краска принимает
красный цвет, оставаясь жёлтой под блестящими.
г) Радиометр Крукса (рис. 267, II), обнаруживаю-
щий вращением «мельнички» тепловой эффект при лучепоглоще-
нии, применим при внеклассных занятиях, так как требует объ-
17*
260
§ 37, 5
яснений своего устройства со стороны преподавателя, кстати
сказать мало доступных для понимания учащимися 6 класса.
д) Термоскоп состоит из теплоприёмника А (плоской ме-
таллической коробки, реже шарика), внутреннее пространство
которого, заполненное воздухом,
сообщается посредством резиновой
трубки с водяным манометром
(рис. 268 и 269). Основания коро-
бочки на своей поверхности де-
лаются различными (белая, чёр-
ная, блестящая) для сравнения лу-
чепоглощающей способности. При
нагревании в результате лучепо-
глощения давление воздуха, за-
полняющего манометр, возрас-
тает и вызывает соответствую-
щее показание манометра. Мано-
метр к теплоприёмнику может
Рис. 267, II. Радиометр. быть взят обычного устройства
(рис. 171 и 268). Для опытов с
лучеиспусканием и поглощением особенно удобен двойной тер-
москоп, состоящий из двух теплоприёмников и двух маномет-
ров, смонтированных на общей угловой панели (рис. 268).
Рис. 268. Термоскоп двойной
(II) и куб Лесли (I).
Рис. 269. Термоскоп с наклонным
манометром.
Главучтехпром выпускает термоскоп с наклонным маномет-
ром (рис. 269). Манометр состоит из низкого, но сравнительно
широкого сосуда, соединённого со стеклянной трубкой, которую
§ 37, 6—7
261
можно располагать вертикально или наклонно. Пространство
над жидкостью в широком сосуде заполнено воздухом и соедине-
но посредством резинового шланга с теплоприёмником. При на-
гревании воздуха в теплоприёмнике уровень жидкости в маномет-
ре поднимется на ту или иную высоту. Так как при лучепогло-
щении нагревание может быть весьма слабым, то смещение уровня
по вертикали окажется незначительным. Однако, если маномет-
рическую трубку установить наклонно, то величина смещения
по её длине будет тем больше, чем более отлого расположена
трубка.
4) Экранирование инфракрасных лучей
производится посредством стеклянной пластинки или сосуда с
водой; экранирование видимой части спектра — плоско-парал-
лельным сосудом с раствором иода в сероуглероде (см. брошюру
Главучтехпрома «Проекционная скамья»).
6. Опыт I. Сравнение теплопроводности металлов.
Приборы и материалы: 1) Упрощенный прибор (рис. 3).
2) Прибор Главучтехпрома (рис. 270). 3) Корытце с парафином или вос-
ком. 4) Таган. 5) Лабораторный штатив. 6) Спиртовка. 7) Экраны фона —
чёрный и белый.
Простейший прибор для наблюдения и сравнения теплопро-
водности различных металлов состоит из двух Г-образных прово-
лок (медь и железо или латунь и железо), укреплённых в дере-
вянной рукоятке (рис. 3). Прибор, выпускаемый Главучтехпро-
мом для тех же целей, содержит три стержня (из меди, латуни и
железа), соединённых вместе под углами в 120° (рис. 270).
Для обнаружения нагревания при распространении теплоты
прикрепляют к стержням восковые шарики или приклеивают
воском спички. Вместо воска можно воспользоваться парафином.
Слегка нагрев воск или парафин, из них скатывают шарики рукой
на столе. При приклеивании шариков, а тем более спичек стерж-
ни следует слегка нагреть, иначе воск и парафин не пристанут.
На каждый стержень следует приклеить по одинаковому числу
шариков или спичек, располагая их при этом на одинаковых рас-
стояниях.
1) Приклеить, как указано, шарики или спички к упрощен-
ному прибору и, осторожно подогревая место соединения стерж-
ней, сравнить теплопроводность меди и железа, судя по времени,
через которое отпадают шарики.
2) Проверить видимость опыта, применить экран фона —
белый или чёрный.
3) Повторить опыт с прибором Главучтехпрома, обратив вни-
мание на обеспечение видимости.
7. Опыт II. Теплопроводность воды.
Приборы и материалы:!) Пробирка с водой. 2) Спиртов-
ка. 3) Лёд. 4) Кусочек проволоки. 5) Просвечивающий экран.
262
$ 37, 8
1) Налить в пробирку на 3/4 воды и, держа её в руке указан-
ным на рисунке 271 способом, нагревать на спиртовке, взяв не-
большое пламя и располагая его много ниже уровня (§ 35, 2).
Показать, что вода вверху пробирки вскоре закипит; рука же,
удерживающая пробирку, не обнаруживает сильного нагрева
вследствие плохой теплопроводности воды.
Рис. 270. Прибор для сравнения
теплопроводности.
Рис. 271. Обнаружение плохой
теплопроводности воды.
2) Опыту придать более объективный и убедительный харак-
тер, для чего на дно пробирки под водой поместить кусочек льда.
Так как лёд всплывает в воде, то его придётся закрепить внизу
при помощи кусочка проволоки, с трением входящего в пробир-
ку, или иным способом.
3) Проверить обеспечение видимости; применить просвечи-
вающий экран.
8. Опыт III. Действие лампы Дэви.
Приборы и материалы: 1) Упрощенная лампа Дэви
(рис. 272). 2) Огарок стеариновой свечки. 3) Аквариум. 4) Серный эфир.
5) Лист картона или фанеры в качестве крышки. 6) «Удилище».
Опыт весьма эффектен и, несмотря на «взрыв», совершенно
безопасен, если в аквариум налить минимальное количество эфи-
ра и склянка с ним значительно удалена от демонстрационного
стола.
Изготовление упрощенной лампы Дэви из медной сетки осо-
бого труда не представляет (рис. 272, I).
1) В аквариум или большую стеклянную банку налить не-
сколько капель серного эфира и накрыть её листом фанеры или
картона (рис. 272,11). Через короткое *время пространство внутри
аквариума заполнится парами эфира. Отнести подальше пузы-
рёк с эфиром.
5 37, 9—10
263
2) Приподняв крышку, осторожно опустить при помощи «удоч-
ки» внутрь аквариума горящий огарок свечи, помещённый внут-
ри самодельной модели лампы Дэви. Показать, что пары эфира
при этом не воспламеняются.
3) Удалив лампу Дэви, вновь опустить внутрь аквариума при
помощи того же удилища зажжённую
бумажку и наблюдать вспышку паров.
4) Проверить обеспечение видимости;
применить экран фона —белый или
чёрный.
9. Опыт IV. Конвекция в жидкости.
Приборы и материалы:
1) Трубка в форме четырёхугольника для
конвекции (рис. 273, III и IV). 2) Марганцово-
кислый калий. 3) Спиртовка. 4) Сосуд с под-
крашенной водой. 5) Просвечивающий экран.
6) Лабораторный штатив.
1) Трубку четырёхугольной формы
с тубусом наверху1) наполнить водой и
в отверстие бросить несколько кристал-
ликов марганцовокислого калия. Осто-
рожно нагревать одну из её боковых
сторон на пламени спиртовки (рис. 273,
III) и наблюдать возникающий круго-
вой поток воды. Для обеспечения ви-
димости показывать опыт на фоне про-
свечивающего экрана.
2) Проделать тот же опыт, взяв
трубку иной конструкции (рис. 273, IV).
Заполнить её чистой водой, закрыть
отверстия пальцами и, перевернув, опустить концами в сосуд с
подкрашенной водой. Трубку в таком положении укрепить в ла-
бораторном штативе. Нагревать (осторожно!) трубку на пламени
спиртовки, как указано на рисунке 273, IV. Явление наблю-
дать на фоне просвечивающего экрана.
Рис. 272, I. Упрощенная
лампа Дэви.
10. Опыт V. Восходящий поток в воздухе.
Приборы и материа л^Ы : 1) Лист тетрадочной бумаги.
2) Нитка. 3) Спиртовка. 4) Ламповое стекло. 5) Дымарь (рис. 60). 6) Настоль-
ная электрическая лампочка. 7) Лабораторный штатив. 8) Экраны фона —
белый и чёрный.
1) Из листа тетрадочной бумаги согласно указаниям, данным
на рисунке 263, сделать бумажную вертушку и подвесить её на
нитке.
х) Трубку нетрудно изготовить самостоятельно из четырёх прямых стек-
лянных трубок, тройника и четырёх кусочков резиновой трубки.
264
§ 37, 11
2) Вертушку поместить над пламенем спиртовки и показать
вращение вертушки, возникающее под действием восходящего
потока воздуха.
3) Установив указанным на рисунке 274, I способом стеклян-
ную трубку или ламповое стекло, обнаружить увеличение ско-
Рис. 272,< II. Опыт с лампой Дэви.
рости вращения, ^пуская снизу стекла дым из дымаря или от
папиросы, показать, что воздух всасывается снизу в щель и вы-
брасывается наружу сверху.
4) Посредством вертушки обнаружить восходящий поток над
горящей электрической лампочкой мощностью в 60—100 W
(рис. 274, II).
5) Проверить обеспечение видимости: применить экран фо-
на — белый или чёрный.
11. Опыт IV. Конвекция в газах.
Приборы и материалы: 1) Две U-образные стеклянные
трубки. 2) Лабораторный штатив. 3) Дымарь. 4) Спиртовка. 5) Экраны фона—
белый, чёрный и просвечивающий.
1) Две стеклянные U-образные трубки укрепить на штативе
указанным на рисунке 275 способом, предварительно заполнив
нижнюю из них дымом.
г 37, 11
265
2) Осторожно подогревать одну из сторон нижней трубки пла-
менем спиртовки и наблюдать возникновение кругового потока
воздуха.
3) Повторить опыт и выяснить, на фоне какого из экранов (бе-
лого, чёрного, просвечивающего) получается наилучшая види-
мость.
Рис. 273. Демонстрации конвекции в жидкости с колбой и четырёхугольными
трубками.
266
$ 37, 12
Рис. 274. Обнаружение восходящего потока
воздуха.
Рис. 275. Демон-
страция конвек-
ции в газах.
12. Опыт VII. Тепловой эффект при лучепоглощении.
Приборы и материалы: 1) Термоскоп с наклонным мано-
метром (рис. 269). 2) Электрическая плитка (рис. 130) или лампочка в 300—
500 W (рис. 71, II, III). 3) Три лабораторных штатива. 4) Просвечивающий
экран (рис. 57). 5) Лист картона или фанеры с отверстием (d — 6—10 см) по
середине. 6) Керосиновая лампа. 7) Оконное стекло (15—20 см Х15—20 см).
В) Плоский сосуд с водой.
Опыт служит для обнаружения лучеиспускания и поглоще-
ния и сравнения лучепоглощательных способностей у металли-
ческой (блестящей и чёрной) поверхности. Опыт предназначен
также для демонстрации экранирующего действия стекла и
воды.
1) Укрепить на лабораторном штативе электроплитку и при-
соединить её через выключатель к сети освещения. Теплоприём-
ник термоскопа также укрепить на штативе (рис. 276).
2) Расположить приборы, как показано на рисунке 276. По-
местить между ними лист картона или, лучше, фанеры, располо-
жив его так, чтобы отверстие находилось на одной прямой с плит-
кой и теплоприёмником. Сдвинуть несколько лист в сторону,
экранировав тем самым теплоприёмник, и включить плитку. За-
метить показание манометра.
3) Сдвинуть лист картона до того положения, когда лучи, прой-
дя через отверстие, упадут на теплоприёмник. Сравнить, на сколь-
ко изменились показания манометра.
$ 37, 13
267
4) Повторить опыт (пункты 2 и 3), расположив манометриче-
скую трубку наклонно. Сравнить показания манометра.
5) Судя по показаниям манометра, сравнить лучепоглощаю-
щие способности блестящей и чёрной поверхностей у теплоприём-
ника.
6) Повторяя опыты, заменить электрическую плитку кероси-
новой лампой. Найти расстояние, на котором показания маномет-
ра будут достаточно ясно заметны.
Рис. 276. Обнаружение теплового эффекта термоскопом.
7) Показать, что при помещении на пути лучей оконного стек-
ла и сосуда с водой возникает экранирующее действие. На осно-
вании показания манометра обнаружить поглощающую способ-
ность стекла и воды.
8) Обратить внимание на обеспечение видимости. Сзади ма-
нометра расположить просвечивающий экран на таком расстоя-
нии, чтобы его излучения не вносили искажений в результаты.
13. Опыт VIII. Зеркала Пикте.
Приборы и материалы: 1) Зеркала Пикте (рис. 265).
2) Лампочка в 300—500 W от проекционного аппарата (рис. 71). 3) Гиря в 5 кг.
4) Примус. 5) Отражательная печь (рис. 266). 6) Кусочек киноплёнки.
7) Бумага — чёрная и белая. 8) Пластинка из стекла (40 см X 40 см). 9) Мас-
штабная линейка. 10) Термометр. 11) Пробирка с водой.
Для опыта нужны два вогнутых сферических зеркала на шта-
тивах с приспособлениями: для установки лампочки, для помеще-
ния гири и для зажимания киноплёнки.
1) Пользуясь приёмом, описанным в § 54, 5 (рис. 428), наме-
тить и измерить главное фокусное расстояние зеркала.
268
$ 37, 13
2) Приблизительно в главном фокусе зеркала поместить кино-
проекционную лампочку в 300—500 W (рис. 277), расположив её
так, чтобы её накалённое тело оказалось расположенным в плос-
кости, перпендикулярной к оптической оси (§ 52, 3). Направив
отражённый от зеркала свет на стену, находящуюся на расстоянии
нескольких метров, смещать лампу вправо, влево, вверх и вниз,
пока пятно света на стене не окажется на главной оптической
оси. Затем перемещать лампочку вперёд и назад, добиваясь по-
лучения ровно освещённого круга на стене, равного по величине,
Рис. 277. Демонстрация возгорания горючего тела в фокусе зеркала Пикте.
примерно, размерам зеркала. Достигнув этого, можно считать,
что лампочка расположена в главном фокусе и что зеркало даёт
параллельный пучок лучей света.
3) Направить этот пучок на второе зеркало Пикте. Посред-
ством полоски бумаги и полученного на ней светового зайчика
найти фокус отражённых лучей.
4) Зажав в щипчики небольшой кусочек киноплёнки, поме-
ститьеёв найденный фокус и, смещая, добиться возгорания. Срав-
нить, какая плёнка загорается быстрее—чёрная или прозрачная.
Попытаться сделать то же с кусочками бумаги — белой и чёрной.
5) Поместить в фокусе зеркала шарик термометра. Наблюдать,
покажет ли он повышение температуры.
$ 37, И; § 38
269
6) Поместить в фокусе зеркала нижний конец возможно малой
пробирки с водой Ч Выяснить, при каких условиях скорее заки-
пит вода (обычная или подкрашенная, в прозрачной или закоп-
чённой снаружи пробирке).
7) Повторить опыт с зажиганием киноплёнки, взяв в качестве
источника лучей электрическую отражательную печь (рис. 266).
8) Повторить опыт с зажиганием киноплёнки, расположив на
пути пучка лучей стеклянную пластинку, в значительной мере
экранирующую инфракрасные лучи.
9) Взамен электрической лампочки взять нагретую на примусе
чугунную гирю в 5 тег. В фокусе приёмного зеркала поместить
теплоприёмник и наблюдать повышение температуры посред-
ством манометра (рис. 265).
14. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме для 6 класса. Определить их целе-
вые установки. Сделать зарисовки в тетради.
2) Почему при опыте (рис. 3) для упрощенного прибора рекомендует-
ся взять пару медь — железо или медь — латунь, а не латунь—железо?
3) Почему в опыте (рис. 271) пробирка лопнет, если нагревать её выше
уровня воды?
4) Почему аквариум, налив в него эфира, надо сначала закрыть крыш-
кой? Не уйдут ли пары эфира, когда крышку снимают (рис. 272, II).
5) Какие опыты и наблюдения по теплопроводности надо предложить
учащимся для домашнего выполнения?
6) Можно ли считать опыт по конвекции с четырёхугольной трубкой
(рис. 273, III и IV) безупречным в методическом отношении?
7) Как заполнить водой модель водяного отопления?
8) Каким существенным недостатком обладает опыт по конвекции
тазов (рис. 275)?
9) Почему настоятельно рекомендуется демонстрация в теневой проек-
ции восходящих потоков тёплого воздуха, а не опыт с вертушкой (рис. 274)?
10) Какие преимущества и недостатки имеет двойной термоскоп
(рис. 268) по сравнению с термоскопом, снабжённым наклонным манометром
(рис. 269)?
§ 38/ Количество теплоты.
Методические указания — см. т. I, § 73.
Изготовление приборов — см. т. III, §38.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 52 и рис. 227—229.
При прохождении данной темы возможно провести всего
лишь одну основную демонстрацию прибора Тиндаля, позволя-
ющую наглядно иллюстрировать вопрос об удельной теплоём-
кости веществ. Описание црибора и опыта с ним приведено в
§ 39, 4.
При рассказе об устройстве калориметра показывают калори-
метр из двух никелированных сосудов, устроенный так, что он
И Опыт объясняет принцип действия солнечного двигателя (см. т. I,
рис. 265).
270
§ 39, 1—2
приближается к типу, употребляемому для более или менее точ-
ных калориметрических измерений.
Все основные вопросы об измерении количеств теплоты бе-
зусловно нуждаются в проработке их лабораторным путём (§ 66,
5—6). Однако, при своих объяснениях учитель должен показать
самый процесс калориметрических измерений, не претендуя при
этом на получение сколько-нибудь точных результатов. Такие
демонстрации, несмотря на их неполноценность, всё же несколь-
ко конкретизируют вопрос и, следовательно, упрощают его
понимание.
§ 39. Изменение состояния вещества.
Методические указания — см. т. I, § 74 и 75.
Изготовление приборов — см. т. III, § 39.
Рисунки по Теме — см. т. IV, §§ 58 и 54 и рис. 230—234.
1. Методические замечания. В настоящей работе рассматри-
ваются основные опыты по вопросам плавления и отвердевания,
испарения и кипения. Сюда же присоединён опыт по теплоём-
Рис. 278. Демонстрация постоянства точки плавления льда
(I) и точки кипения воды (II).
кости, требующий для своего осуществления тех же технических
приёмов, что и опыты по плавлению тел.
2. Обзор опытов но теме: «Плавление». 1) Постоян-
ство температуры при плавлении обнаружи-
§ 39, 2
271
вают при помощи термометра, шарик которого погружён в таю-
щий лёд. Для этого собирают установку, показанную на рисунке
278, 1, насыпав в воронку возможно мельче наколотый лёд. За от-
сутствием демонстрационного термометра отсчёт температуры не
может быть произведён учащимися со своих мест, но опыт всё же
следует проделать. Кроме того, по данному вопросу надо провес-
ти лабораторную работу с плавлением нафталина (см. § 65, 5).
2) Плавление и отливка. В железной ложке пла-
вят на пламени примуса олово (232°), третник (около 300°) или
свинец (327°) и делают отливку в какой-либо форме. Такой фор-
мой может служить бумажный фунтик, поставленный в песок в
сосуде, или хорошо высушенный кусок смеси глины с песком, в
ЛеЪ
котором сделан оттиск какого-либо предмета: значка, кукольной
головки и т. п. Большее -впечатление на учащихся производит де-
монстрация легкоплавких сплавов, в особенности сплава Вуда.
Этот сплав (олова 4 части, свинца 2 части, висмута 7 частей, кад-
мия 1 часть) имеет температуру плавления около 68° и, следова-
тельно, плавится в горячей воде, которую можно пить.
3) Изменение объёма при плавлении и
отвердевании. В пробирки с расплавленными воском и с
водой соответственно бросают кусочки воска и льда и на фоне
просвечивающего экрана показывают, что воск тонет в своей жид-
кости, а лёд плавает в воде (см. т. I, рис. 165). Эта демонстрация по-
казывает, что при плавлении льда происходит уменьшение объёма^
при плавлении воска — увеличение.
О разрыве чугунной бомбы при замерзании в ней воды — см.
в разделе 6. Учащимся полезно предложить произвести во время
морозов замораживание воды в бутылке, с целью получения её
разрыва.
272
§ 3.9, 3
Для демонстрации образования усадочной раковины следует
иметь пробирку, заполненную ранее расплавленным воском. На
поверхности воска ясно видна усадочная раковина (см. т. III, § 39).
4) Теплота плавления и отвердевания.
Определение величины теплоты плавления производится в лабора-
торных работах (см. § 66, 6).
3. Обзор опытов по теме: «Испарение и кипение». 1) По-
стоянство температуры кипения учащиеся
обнаруживают в лабораторной работе (§ 65, 4, рис. 278, II).
Рис. 280. Котёл Папина. Рис. 281. Демонстрация конден-
сации пара.
В школах часто можно встретить прибор, называемый кипя-
тильником Франклина (рис. 279, II). Прибор состоит из
двух шаров, соединённых трубкой и частично заполненных спир-
том. Воздух из кипятильника выкачан. При нагревании одного
шара в руке закипающий спирт давлением паров вытесняется в
другой шар.
3) Кипение под увеличенным давлением может быть показано
при помощи котла Папина (рис. 280). Получение различно-
го давления достигается посредством соответствующей установ-
ки груза на рычаге предохранительного клапана. Давление из-
меряется манометром; температура —термометром, шарик кото-
рого погружён в углубление (в крышке), заполняемое ртутью
для передачи теплоты. Опыт с Папиновым котлом недемонстра-
тивен, так как показания термометра видны лишь эксперимен-
татору. Вместо Папинового можно воспользоваться с равным
§ 39, 4
273
успехом котлом от модели паровой машины (рис. 80). В верхней
крышке этого котла сделано углубление для помещения термо-
метра. Демонстрации кипения под повышенным давлением в стек-
лянной посуде, как это иногда рекомендуют, — преступление,
так как взрыв весьма вероятен.
5) Конденсация пара может быть показана на прос-
той установке, состоящей из колбы с кипящей водой: пар по труб-
ке попадает на поверхность относительно крупного по размерам
металлического тела (утюга), где и конденсируется (см. т. I,
рис. 122).
Теплота парообразования обнаруживается
посредством демонстрации на установке, вроде изображённой на
рисунке 281. Проведение лабораторной работы по этому вопросу
крайне желательно (§ 66, 6).
7) Испарение. Для сравнения испаряемости различных
жидкостей на лист бумаги капают эфиром, водой, керосином и
жидким маслом. Показав (на просвет), что эфир испаряется тот-
час же, а вода — через 10—20 минут, хранят бумагу, чтобы обнару-
жить, что испарение керосина и в особенности масла — про-
цесс весьма длительный (недели и месяцы).
8) Поглощение теплоты при испарении
может быть продемонстрировано различными способами. Наибо-
лее эффектны демонстрации замораживания воды. Поглощение
теплоты достигается за счёт усиленного испарения серного эфи-
ра, через который продувают воздух. В результате вода, поме-
щённая в каком-либо сосуде в эфир, замерзает (см. раздел 8).
Вода замерзает без применения эфира под колоколом воздушного
насоса (см. т. I, рис. 168); однако, этот опыт может быть легко
осуществлён лишь при применении насоса Геде1). Заморажива-
ние воды можно получить с помощью криофора (рис. 279, I). При
длительном охлаждении сосуда В (в смеси льда и соли) вода в со-
суде А, охлаждающаяся вследствие испарения в вакууме, замер-
зает.
4. Опыт I. Сравнение теплоёмкостей веществ.
Приборы и материалы: 1) Прибор Тиндаля (рис. 282).
2) Спиртовка или примус. 3) Таган или лабораторный штатив.
Прибор для демонстрации различной теплоёмкости металлов
показан на рисунке 282. Основными его частями являются не-
сколько цилиндров одинаковой массы из металлов: алюминия, ме-
ди, свинца и железа, укреплённых посредством металлических
стержней в планке. Каждый из стержней закреплён в планке не
*) О замораживании воды — см. книгу: Горячкин, Иванов,
Покровский, Методика и техника школьного физического экспери-
мента.
18 е. н. Горячкин
27'*
§ 39, 5
наглухо, а вставлен в Отверстие, благодаря чему стержень может
перемещаться в продольном направлении.
К прибору приложены: жестяной сосуд А для нагревания ци-
линдров и корытце В для отливания парафиновой пластинки.
Латунь Железо
Рис. 282. Прибор Тиндаля для сравнения теплоёмкостей
различных металлов.
1) Опустив цилиндры в сосуд с кипящей водой, нагревать их
там в течение, примерно, 10 минут (рис. 282‘, II). Затем
поместить парафиновую пластинку С в раму прибора Тиндаля
(рис. 282, I).
2) Перенести цилиндры из воды на раму и опустить их на па-
рафиновую пластинку. Судя по количеству расплавленного пара-
фина, сравнить теплоёмкости веществ.
3) Проверить видимость опыта; для её улучшения принять
меры.
5. Опыт II. Плавление под давлением.
Приборы и материалы:!) Кусок льда (3—5 кг). 2) Гиря или
груз весом не менее 10 кГ. 3) Стальная проволока толщиной около 1 мм.
4) Кювета.
Опыт показывает, что при повышенном давлении температура
плавления понижается и лёд тает.
1) Положить кусок льда так, чтобы он опирался своими кон-
цами на две прочные подставки (рис. 283). Через лёд перекинуть
петлёй тонкую проволоку, лучше стальную, и к ней подвесить ги-
рю или какой-либо иной груз (кирпичи, утюги) весом не менее
10 кГ. Лёд под давлением проволоки станет таять, благодаря
§ 39, 6
275
чему она постепенно будет уходить всё глубже и глубже, перерезая
лёд на две части.
2) Убедиться, что лёд, перерезанный проволокой надвое,
вновь смерзается над проволокой. Заметить длительность опыта.
3) Проверить, как обеспе-
чивается видимость опыта;
для улучшения её принять
меры.
6. Опыт III. Расширение
воды при замерзании.
Приборы и мате-
риалы: 1) Чугунная бомбочка.
2) Ведро или таз. 3) Снег или
лёд. 4) Поваренная соль. 5) Про-
кипячённая вода. 6) Плоско-
губцы.
Опыт служит для демонстрации, что вода при своём замерза-
нии и превращении в лёд увеличивается в объёме.
1) В ведре или в тазу смешать, примерно, две части (по весу)
мелко нарубленного льда с одной частью поваренной соли.
2) Налить в чугунную бомбочку до края прокипячённой и
остуженной воды. Завернуть плоскогубцами пробку А, стремясь
к тому, чтобы под ней не осталось воздуха (рис. 284).
Рис. 284. Чугунная бомба для замораживания воды
(I) и разрыв бомбы льдом (II).
3) Зарыть бомбочку в охлаждающую смесь. Если через 15—
20 мин. не последует разрыва бомбочки, вынуть её и, отвернув
пробку, нагреть бомбочку до расплавления льда. Затем повто-
рить опыт.
Примечание. Следует иметь в виду, что иногда, хотя и
весьма редко, бомбочка даёт «взрыв», т. е. разбрасывает осколки.
Поэтому ведро со льдом надо закрывать полотенцем. Бомбочку,
если её вынимают изо льда, тоже надо брать, пользуясь полотен-
цем.
18*
276
$ 39, 7
7. Опыт IV. Кипение при пониженном давлении.
Приборы и материалы: 1) Круглодонная колба (1—2 л).
2) Резиновая пробка к ней. 3) Кипящая вода. 4) Штатив. 5) Кювета. 6) Тряп-
ка. 7) Спиртовка. 8) Графин. 9) Воздушный насос. 10) Просвечивающий экран.
Опыт обнаруживает, что при пониженном давлении вода за-
кипит при температурах ниже 100°.
Для опыта совершенно необходима колба с круглым (рис. 285, II),
а не плоским дном, во избежание разрушения её с громким
«взрывом». Разрыв круглодонной колбы редкость, но о возмож-
Рис. 285. Различные способы демонстрации кипения под уменьшенным
давлением.
ности её раздавливания надо помнить и поэтому не показывать
опыта в непосредственной близости к учащимся. Поранения
экспериментатору не могут быть причинены, так как осколки
летят не в разные стороны, «а внутрь» колбы.
1) Налить в колбу примерно до половины горячей воды и, на-
гревая её на спиртовке, довести воду до кипения.
2) Отодвинуть спиртовку в сторону и тотчас же, не мешкая,
плотно закрыть колбу хорошей резиновой пробкой.
3) Перевернуть колбу вверх дном, держа её через толстую
тряпку, и поместить в кольцо штатива, как показано на рисунке
285, II.
4) На фоне просвечивающего экрана наблюдать периодиче#-
ские вскипания воды. Для получения более интенсивного кипе-
ния смачивать верх колбы холодной водой посредством тряпки.
J 39, 8—9
277
5) После окончания кипения колбу горлышком погрузить в
сосуд с водой, вынуть под водой пробку, чтобы убедиться, что
пространство в колбе окажется почти целиком заполненным
водой.
6) Осторожно (см. § 35, 3) налить в графин горячей воды и, за-
крыв его пробкой с газоотводной трубкой, выкачивать воздух, луч-
ше, водоструйным насосом (рис. 285, I). Наблюдать кипение
воды.
8. Опыт V. Замерзание воды при испарении эфира.
Приборы и материалы: 1) Слегка изогнутая стеклянная
трубка (Z=30—40 см\ d=0,5—1 см). 2) Кусок марли или тряпки. 3) Сер-
ный эфир. 4) Просвечивающий экран. 5) Насос Шинца (рис. 206). 6) Шта-
тив. 7) Пипетка.
Опыт служит для демонстра-
ции, что при усиленном испа-
рении эфира возникает такое
сильное поглощение теплоты,
что вода может замёрзнуть.
1) Взять слегка изогнутую
стеклянную трубку и пустить
в неё пипеткой несколько ка-
пель воды. Место, где собра-
лась в трубке вода, обернуть Рис- 286' Замораживание воды при
м , r J испарении эфира.
в два-три раза кусочком мар-
ли или тряпки (рис. 286).
2) Капать эфиром на тряпку и дуть на это место посредством
насоса Шинца. Через 2—3 минуты развернуть тряпку и, если за-
мерзание воды не произошло или только началось, продолжить
опыт до полного замерзания воды в лёд.
3) Показать образовавшийся лёд на фоне просвечивающего
экрана.
9. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации и лабораторные работы по теме; наметить
целевые установки. Сделать зарисовки опытов.
2) Каким существенным недостатком в методическом отношении обла-
дает опыт Тиндаля, имеющий целью сравнение удельных теплоёмкостей
веществ (рис. 282)?
3) Какое значение имеет дцаметр проволоки при опыте плавления льда
под давлением (рис. 283)? Почему сделано указание, чтобы проволока была
из стали?
4) Можно ли вместо чугунной бомбы при демонстрации расширения
воды при замерзании (рис. 284) применить стеклянный пузырёк?
5) Какая из демонстраций кипения воды при уменьшенном давлении,
описанных здесь (рис. 285, I или рис. 285, II), является наиболее ценной в ме-
тодическом отношении?
278
$ М
§ 40. Тепловые машины.
Методические указания — см. т. I, §85.
Изготовление приборов — см. т. III, § 40.
Рисунки по теме — т. IV, § 55 и рис. ‘237, 240 и 241.
Эксперименты по теме «Тепловые машины» сводятся к пока-
зам: а) опытов превращения механической энергии в теплоту и
обратно; б) моделей механизмов — парораспределительного (рис.83)
и двигателя внутреннего сгорания (рис. 85) и в) действующих
моделей: парового котла (рис. 80), паровых машин (рис. 80 и 81)
и турбины (рис. 82) и двигателя внутреннего сгорания (рис. 84),
описание которых приведено в § 14, 2 и 3.
Рис. 287. Прибор Тиндаля
для демонстрации превращения
механической энергии в теплоту.
Рис. 288. Модель реактивной
паровой турбинки из коробочки
от сапожной мази.
1) Превращение механической энергии
в тепловую демонстрируется при помощи прибора Тинда-
ля (рис. 287). Этот прибор состоит из латунного цилиндрическо-
го сосуда (трубки), закрытого сверху пробкой. В трубку нали-
вают, примерно, на 7ю серного эфира, и, сжимая её в деревян-
ных тисках, приводят её во вращение посредством центробежной
машины, электромотора или коловорота. В результате теплового
эффекта пробка вылетает под давлением паров нагревшегося
эфира.
Если имеется круглое точило, приводимое в быстрое враще-
ние рукояткой или электромотором, то следует показать обугли-
вание деревянного брусочка или образование искр от стального
ножа, прижатых ко вращающемуся камню.
£ 41, 1
279
2) Превращение тепловой энергии в ме-
ханическую демонстрируют на упрощенном приборе,
состоящем из парового котла (консервная банка, колба и т.п.)
и колёсика с лопастями (из жести или бумаги, рис. 6 и 263, I).
Весьма эффектна демонстрация по тому же вопросу паровой
реактивной турбинки по Сахарову, для изготовления ко-
торой требуется жестяная коробочка из-под сапожного крема
(рис. 288).
Глава девятая.
ДЕМОНСТРАЦИИ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ.
Монтаж проводов, клемм ит. п. — см. т. III, § 15.
§ 41. Меры к предохранению приборов от гибели.
1. Причины гибели приборов и перегорания проводов. Все
без исключения работы с электрическим током требуют отчётли-
вых знаний об электрической цепи и слагающих её частях, а также
уменья устанавливать в ней ток строго определённой силы. Кроме
того, необходимо соблюдение известных правил и выполнение не-
которых требований во избежание гибели отдельных приборов
и источников тока, а также для устранения совершенно реальной
опасности возгорания проводов и возникновения пожара.
Наконец, при использовании тока, служащего для освещения,
на 120 V и в особенности на 220 V нужно иметь в виду, что при
случайных неблагоприятных условиях человек может получить
весьма тяжёлые поранения этим током (сильные ожоги и даже
смерть).
Основными причинами гибели приборов и возгорания прово-
дов служат:
1) Неправильное составление цепи, вслед-
ствие чего некоторые приборы оказываются включёнными на-
коротко.
2) Небрежное отношение к изоляции
проводов и отдельных частей электрической цепи.
3) Перегрузка проводов или приборов током вы-
ше допустимой для них нормы.
4) Включение в цепь постоянного тока приборов,
предназначенных только для переменного, и наоборот.
5) Неправильное включение в цепь посто-
янного тойа полюсов прибора в том случае, когда у него на клем-
мах имеются обозначения 4- и — (плюс и минус).
Причиной порчи или гибели источников тока являются к о-
роткое замыкание в цепи или перегрузка выше
нормы; у аккумуляторов, кроме того, запоздалая зарядка
(см. § 17, 2).
280
$ 41, 2
2. Правила составления цепи.
Во избежание ошибок при составлении электрических цепей
необходимо соблюдать следующие требования:
I. Прежде чем собирать какую-либо электрическую цепь,
составить и начертить схему соединения приборов.
II. Схему, приведённую в литературе, необходимо прежде
всего изучить и проверить, так как, хотя это и наблюдается
в исключительных случаях, в схеме по недосмотру могут быть
допущены неправильности.
III. Собранную установку, прежде чем присоединить к
источнику тока, обязательно показать руководителю прак-
тикума и только после его разрешения включать ток.
IV. При сборке установки расставлять приборы так, что-
бы они оказались расположенными на столе согласно схе-
ме. Провода следует употреблять по возможности короткие,
однако не допуская излишней тесноты приборов. Перекрещи-
ваний проводов без крайней нужды не создавать. В сложных
установках полезно выделять отдельные цепи, употребляя
цветные соединительные провода.
V. Соблюдать правила включения электроизмерительных
приборов (§ 45, 6).
VI. Заранее наметить, какой из конечных проводов це-
пи будет присоединён к положительному полюсу источника
тока и какой — к отрицательному. Произвести включение
в цепь приборов и измерителей согласно их полюсным обо-
значениям, если таковые имеются.
Примечание. Помнить, что далеко не всякая цепь, со-
бранная правильно в техническом отношении, может оказаться
совершенной с методической точки зрения. Учащиеся должны по-
лучать сведения о схеме не только на основании слов препода-
вателя, а видеть собственными глазами, как сделаны соединения
приборов друг с другом. Поэтому, как было уже рассмотрено
(§ 11,6), наибольшее внимание надо уделить расстановке приборов
на демонстрационном столе амфитеатром (на подставках) с тем,
чтобы соединительные провода расположились в наклонной плос-
§ 3
281
кости (рис. 48) и оказались видимыми на всём своём протяже-
нии.
3. Недостатки в изоляции. 1)Соединительные про-
вода. Включение приборов в электрическую цепь обычно про-
изводится посредством обрывков проводов, иногда почти
лишённых изоляции вследствие многократного применения. К
сожалению, не редкость видеть в физическом кабинете ящик,
заполненный спутанным клубком таких обрывков, откуда, в случае
надобности, преподаватель выуживает подходящий кусочек для
соединения, больше заботясь лишь о том, чтобы он подошёл по
своей длине, и не обращая внимания на состояние изоляции. Наи-
более рационально и экономно раз навсегда изготовить специаль-
Рис. 289, I. Заделка кбнцов у
соединительных проводов.
Рис. 289, II. Монтаж клемм на панель-
ке для надёжного соединения проводов.
ные провода для соединений из обрезков шнура от электри-
ческого освещения и концы у них заделать вилочками (рис. 289, I).
Располагая двумя-тремя десятками таких концов, преподаватель
будет избавлен от поисков неисправностей в цепи, когда в ней не
получается тока, и, главное, устранится возможность возникно-
вения коротких замыканий.
Соединительные провода, сделанные из обрезков осветитель-
ного шнура, помимо своей высокой изоляции отличаются ещё гиб-
костью, что имеет немаловажное значение при сборке схем.
Состояние изоляции проводов имеет особое значение при поль-
зовании током в 120 V, а тем более в 220 V, о чём см. § б, 3.
2) Соединительные клеммы. Если провод, за-
деланный на концах вилочкой, оказывается коротким и его на-
до удлинить, то употребляются специальные соединительные
клеммы (рис. 289, II). Для этого на панельке монтируют две-три
клеммы. Панель может служить тоже для ответвлений, но для
этого можно воспользоваться также приборами, зажимая вилоч-
ки от двух проводов под головку одной из клемм.
3) Клеммы на приборах. У некоторых приборов
металлические штыри их клемм оказываются ниже их подставки,
поэтому такие приборы нельзя ставить на металлические листы.
Подобный недостаток наблюдается потому, что клеммы на при-
282
§ 41. 4
борах крайне несовершенны, а дерево плохо высушено перед пус-
ком в дело. Через некоторое время гайки на клеммах отвёрты-
ваются, и штырь при вращении головки клеммы начинает повёр-
тываться. По этой причине перед опытами приходится первым
делом проверять состояние клемм и подтягивать гайки торцовым
ключом или плоскогубцами.
Клеммы положительного полюса у щелочных аккумуляторов
имеют соединение с сосудами, поэтому надо иметь в виду изложен-
ное в § 1*7, 4 (рис. 120).
4. Нормы напряжения и тока для приборов. Каждый из элек-
трических приёмников тока (приборов) требует для своего пра-
вильного действия строго определённой силы тока. Силу такого
тока называют нормальной. При токе, меньшем нормы,
прибор станет давать пониженный эффект; при большем токе он
окажется перегруженным. Последствия такой перегрузки раз-
личны, в зависимости от её величины, приводя или к сокращению
срока службы, или к некоторой порче, или к немедленной гибели
прибора. Так, например, электрическую лампочку от карманно-
го фонарика (3,5 V), включая её к батарее с большим напряжением,
можно или только несколько перекалить, сокращая тем самым
срок её службы, или же немедленно сжечь. Точно так же соеди-
нительный провод или проволочная обмотка катушки при токе,
большем нормы, окажутся перегретыми, реже без особого вреда
для себя, но чаще с порчей изоляции (обугливание) или же, на-
конец, с немедленным разрушением изолирующего слоя и его
воспламенением.
Так как последствия перегрузки различны, то в некоторых слу-
чаях указывают, кроме нормального тока (или напряжения),
ещё силу максимально допустимого тока: при токе,
большем этой предельной величины, наступает немедленная и,
главное, безусловная гибель прибора.
Как правило, превышение тока против нормы, однако, не
превосходя его предельной величины, возможно допускать лишь
на очень короткое время. Так, например, прибор Томсона
(рис. 408), включаемый в цепь освещения на 120V, работает
с перегрузкой; однако, пользование им не приведёт к его порче
только в том случае, если ограничить время до трёх минут.
При включении же в цепь тока на 220 V прибор немедленно
сгорит.
1) Н о р м ы тока для соединительных про-
водов. Во избежание порчи резиновой изоляции у медных
соединительных проводов нельзя допускать нагрузки, больше
указанной в таблице1)*.
г) При проводке освещения нормы для этих проводов иные, примерно
в —2 раза меньше.
$ 41, 4
283
Сечение провода в квад- ратных миллиметрах 0,75 1 Е5 2,5 4 6 10
Наибольшая допустимая сила тока в амперах 9 11 14 20 25 31 43
Так, например, из таблицы видно, что для вольтовой дуги
(рис. 341) в 25 А соединительные провода могут быть взяты се-
чением не менее как в 4 мм2 или лучше в 6 мм2, Изоляция на прово-
дах в 0,75 мм2 и 1 мм2 загорится; на проводах в 1,5мм1 и 2,5 мм2
станет разрушаться, сигнализируя об этом появлением запаха
резины.
2) Нормы тока для обмоток и катушек.
Приборы, содержащие в себе обмотки, сделанные из проводов с
бумажной изоляцией (катушки, моторы, трансформаторы, изме-
рительные приборы), при превышении предельного тока перегре-
ваются, сначала становятся тёплыми на ощупь, затем появляется
усиливающийся запах краски и палёной бумаги. При первых при-
знаках перегревания надо немедленно выключить источник тока
во избежание гибели прибора. Если допускать даж.е лёгкие пере-
нагревания, то после длительной нагрузки окажется, что изоля-
ция на обмотках придёт в негодность, именно, обуглившись, от-
валится. Во избежание перенагревания проволочных обмоток
нельзя допускать ток, больший 5 А на 1 мм2 поперечного сече-
ния провода.
Так, если обмотка какой-либо катушки сделана проводом тол-
щиной в 0,5 мм, что соответствует поперечному сечению около
n п о f3,14-0,52\ „ g.
0,2 мм? ( — = ~—> то нормальный ток будет равен:
5 • 0,2=1 А.
3) Нормы тока для проволочных рео-
статов (рис. 306) — см. § 43, 5.
4) Нормы то ка для немедных проводов
(железных и алюминиевых) —см. Ф. Э., т. Ill, § 1, 3 (таблица 6).
5) Нормы тока для приборов по электро-
химии. В случае превышения тока выше известной нормы
наблюдается нагревание электролита, что при постановке экспе-
римента в семилетней школе существенного значения не имеет,
за исключением некоторых специальных случаев х>. Важ-
Нагревание электролита сильно уменьшает сопротивление у водяных
реостатов (рис. 309) и приводит к прекращению выпрямляющего действия
у содового выпрямителя (§ 51, 4 и рис. 413).
284
§ 41, 4
ным оказывается другое, именно: отпадение выделяющегося ме-
талла от электродов при электролизе CuSO4, например, в опыте
определения электрохимического эквивалента (см. § 44, 7 и рис,
497 и 503), если ток взят больше нормального. Во избежание это-
го явления, т. е. для получения прочного осаждения металла, сле-
дует брать ток не более 0,1 А на 1 дм2 поверхности катода (счи-
тая обе стороны).
Так, например, для получения прочного осадка на медной пла-
стине от прибора по электролизу (рис. 310) нужно брать ток не
больший 0,1 А на 1 дм2.
6) Нормы для электроизмерительных при-
боров. Для электроизмерительных приборов — амперметр,
вольтметр (рис. 110—ИЗ) —нельзя брать ток и напряжение
превышающими величину, соответствующую наибольшему деле-
нию шкалы. В случае’, если даже порядок величины измеряемых
тока или напряжения неизвестен, следует поступать так, как ука-
зано в правиле IV § 45, 6.
7) Нормы напряжения. Нередко для приборов
указывается то напряжение (нормальное), которое надо подве-
сти к нему для обеспечения нормального тока, а следовательно, и
нормального действия. Так, для лампочек указываются напряже-
ния: 3,5 V; 6 V; 12 V; 110 V; 120 V; 127 V и т. п. и для нагревате-
лей (рис. 130—131) 120 V и 220 V.
При включении приборов к источнику тока с соответствующим
напряжением через них идёт формальный ток. При напряжении
источника тока большем, чем нужно, прибегают к помощи
реостата или трансформатора для снижения напряжения (см.
пункт 9).
Для электромоторов (рис. 382—384), трансформаторов
(рис. 408—410) и электромагнитных приборов, содержащих преры-
ватели, — электрический звонок (рис. 375), катушка Румкорфа
(рис. 396 и 405), всегда указывается норма напряжения. Если же,
кроме нормы напряжения, указана и сила тока, то она соответ-
ствует нормальной нагрузке прибора, т. е. некоторой норме отда-
ваемой им мощности.
8) Нормы напряжения и тока для воль-
товой дуги — см. § 46, 7.
9) Соблюдение нормы тока и напряжения в цепи
производится несколькими способами:
а) при аккумуляторах или гальванических элементах —
соединением их в батареи последовательно, параллельно
или смешанно (см. § 72, 5);
б) при постоянном токе с определённым напряжением (сеть
освещения, динамомашина) (рис. 25 и 37)—при помощи рео-
стата (см. § 43, 5—8);
в) при переменном токе — посредством трансформа-
$ 41, 5
285
тора (см. § 51, 5) или р е о с т ат а (§ 43, 7), а иногда и того и
другого вместе.
10) Особый случай для норм напряже-
ния. Все приборы, имеющие подвижные контакты (звонок, ка-
тушка Румкорфа (рис. 396), коллекторные моторы (рис. 379, 384
и др.), должны включаться к источнику тока с напряжением не
выше определённой величины. Включение их в цепь с большим
напряжением, например, на 120 V или на 220 V, недопус-
тимо, хотя бы и через реостат, обеспечивающий нормальный
ток. При периодических разрывах цепи в коллекторе или подвиж-
ном якоре образуется вольтова дуга, которая вызовет у этих при-
боров быстрое обгорание подвижных контактов (рис. 405) или
щёток и пластинок коллектора. Поэтому при переменном токе обя-
зательно снижение напряжения до нормы посредством транс-
форматора (рис. 74, 409 и 410).
5. Приборы постоянного и переменного тока. Всегда нужно
знать, для какого тока — постоянного или переменного, пред-
назначен тот или иной прибор. Лишь только, некоторые из них
универсальны, допуская питание как переменным, так и постоян-
ным током. Большинство приборов постоянного токаг\ включён-
ные в цепь переменного, в лучшем случае откажутся работать,
как, например: приборы по электролизу (рис. 315 и 316)* 2); электро-
моторы (шунтовые и с магнитом рис. 387 и 506); демонстра-
ционные измерительные приборы (рис. 503); приборы магнито-
электрической системы (рис. 108, I и ИЗ) и т. д., или станут
давать пониженный эффект, например: электромагниты (рис. 364
и 365), звонок (рис. 375), телеграф (рис. 366) и т. п. В худшем
случае эти приборы окажутся испорченными.
Подобно этому некоторые приборы переменного тока придут
в негодность в цепи постоянного; так, например, неминуемо сго-
рят при 120 V прибор Томсона (рис. 408), все виды трансформа-
торов (рис. 409 и 410), ламповые радиоприёмники 3) и т. п.
Универсальными приборами, нормально работающими как
при переменном, так и постоянном токе, оказываются все при-
боры, в которых используется превращение электрической энер-
гии в теплоту: лампочки накаливания (рйс. 71), электроплитки
(рис. 130), провода, накаливаемые в опытах током (рис. 332, 338
и 339); вольтова дуга (рис. 340 и 341), тепловые измерительные
приборы (рис. 110) и т. п.
Следует иметь в виду, что все те приборы, на которых имеются обо-
значения знаков полюсов и —, предназначены для постоянного тока и
поэтому не могут быть включаемы в цепь переменного тока, во избежание их
порчи или гибели.
2) Электролиз подкисленной воды (рис. 315) переменным током приведёт
к образованию гремучего газа, что необходимо иметь в виду во избежание
взрыва при поджигании полученного газа.
з) Катушки и обмотки в цепи переменного тока обладают, кроме обыч-
ного омического сопротивления, ещё индуктивным сопротивлением (§ 51,5)
286
§ 41, 6
Е=Е,-Е2^)
Рис. 290. Правильные и неправильные
соединения элементов в группы.
ние (рис. 290, IV). При зарядках
EsEt+E3~E£E^t
Короткое
замЬ/кание
К числу универсальных приборов относятся также некоторые
виды электромоторов (сериес) (рис. 383 и 384) и электромагнит-
ных измерительных приборов (рис. 108 и § 17, 9).
Все подсобные электрические приборы, как-то: ключи
(рис. 489), установочные приборы освещения (рис. 490), реостаты —
проволочные (рис. 306 и 307), ламповые (рис. 308) и водяные
(рис. 309) и пр. пригодны
как для переменного, так и
для постоянного тока.
6. Назначение обозначе-
ния полюсов. 1) Полюсы
источников тока.
Полюсы источников тока
обозначаются обычно у галь-
ванических элементов и ак-
кумуляторов. Это обозна-
чение имеет для них особо
важное значение потому, что
их приходится соединять
между собой в батареи.
При неправильных соедине-
ниях элементов или аккуму-
ляторов часть из них не ста-
нет работать (рис. 290, I и
II) или же в самой батарее
возникнет короткое замыка-
аккумуляторов неправильное
включение их полюсов приведёт к безусловной порче.
У динамомашины (рис. 25) полюсы обозначаются не всегда —
их приходится определять. Полюсы магнитоэлектрической ма-
шины (рис. 394) зависят от направления её вращения. Об опре-
делении полюсов — см. § 44, 4 и рис. 313.
2) Обозначение полюсов на приборах.
Если на приборе около его клемм проставлены знаки полюсов Ц-
и —, то его следует обязательно включать так, чтобы его полюс
«плюс» оказался соединённым с положительным полюсом источ-
ника тока и полюс «минус» — с отрицательным. Особенно важное
значение это имеет для измерительных магнитоэлектрических
приборов (рис. 108, I и IV, ИЗ и § 15,9 и 10). При неправильном
включении полюсов стрелка отклоняется в противоположную сто-
рону от начала шкалы и при ударе о предохранительный упор
будет погнута.
У электромагнитных приборов — вольтметра и амперметра
школьного типа (рис. 112) — хотя при неправильном включении
полюсов отклонение стрелки будет происходить нормально, од-
нако ток в обмотках подействует на магнит NS (рис. 112) размаг-
ничивающим образом, вследствие чего прибор постепенно умень-
§ 42, 1
287
шит свою чувствительность, т. е. станет давать неверные пока-
зания.
У остальных приборов, применяемых в школе, полюсы обо-
значать нет надобности, так как их действие или не зависит от
направления тока, или же то и другое включение полюсов не при-
ведёт к порче. Исключение иногда составляет прибор Гофмана
(рис. 315), у которого один из электродов делают для экономии не
из платины. Электрод с платиной должен быть соединён с плю-
сом батареи, другой не из платины — с её минусом1*.
§ 42. Электростатика.
Методические указания — см. т. I, § 91.
Изготовление приборов — см. т. III, § 41.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 57, и рис. 242—252.
1. Основные правила для успеха опытов. Опыты по электро-
статике иногда плохо выходят, а иногда и совсем не удаются; палоч-
ки электризуются плохо; электростатическая машина не работает;
приборы не сохраняют сообщённых им зарядов и т. п. Причи-
нами этого могут являться:
1) Состояние атмосферы, — хотя и весьма ред-
ко, но бывают дни, когда атмосфера находится в сильно ионизи-
рованном состоянии.
2) «Засорённость» воздуха в классе. Воз-
дух в классе после занятий в нём на предыдущих уроках оказы-
вается содержащим значительное количество углекислоты и па-
ров, особенно если перед тем горели спиртовки, газовые горелки
и т. п. После работы катушки Румкорфа и электростатической ма-
шины воздух в классе оказывается ионизированным.
3) С ы р о с т ь. При значительной влажности воздуха обра-
зуется слой влаги на изоляторах, особенно на стекле, которое
является гигроскопичным.
4) Загрязнённость изоляторов. Под влия-
нием прикосновений, а также пыли на изоляторах образуется слой
грязи. Этот слой, иногда незаметный на первый взгляд, являет-
ся сам по себе проводящим и, кроме того, гигроскопичен.
По изложенным причинам, приступая к опытам по электро-
статике, надо обязательно выполнять правила:
I. Следует перед прохождением электростатики тща-
тельно промыть в воде с мылом и высушить все
изоляторы (палочки, ножки у штативов и т. п., за исключе-
нием дисков электростатической машины).
х) Платина не разрушается при выделении на ней кислорода.
288
£ 42, 1
II. Стеклянные части рекомендуется покрыть слоем шел-
лачного лака.
*
III. Перед уроком в перемену проветрить класс и даже в
том случае, когда на улице сырая или дождливая погода.
IV. В лучах отражательной печи (рис. 266) или в восхо-
дящем токе тёплого (но не горячего!) воздуха от электриче-
ской плитки (рис. 130) перед опытами надо хорошо просушить
все приборы, в том числе мех, бумагу и др. материалы для
электризации. Особенно удобно иметь для этой цели ящик
с несколькими электрическими лампочками внутри, затя-
нутый сверху металлической сеткой (рис. 291) (см. т. III,
§41).
Рис. 291. Ящик для подсушивания приборов.
f 42, 2
289
2. Основные приборы по электростатике. 1)Палочки для
электризации. Немалый залог успеха в основных опытах
по электростатике находится в зависимости от подбора хорошо
электризующихся палочек. Далеко не все палочки, продаваемые
для электризации, оказыва-
ются подходящими; некото-
рые из них являются просто
негодными. Испытывая их
опытным путём, надо вы-
Рис. 292. Электроскопы Роше и Кольбе
(I и II).
брать наиболее электризующиеся. Если
поднести наэлектризованную палочку к
своему уху и при этом почувствуется лёг-
кий укол или слышен слабый треск иск-
ры, то такую палочку следует считать
достаточно доброкачественной. Необхо-
димо иметь палочки — эбонитовую (вул-
канизированный каучук) и стеклянную
или из плексигласса толщиной в 1х/2—
2г12см и длиной в 35—45 см. Парами к ним
служат соответственно для стекла—газет-
ная бумага, амальгамированная кожа,
натуральный шёлк и для эбонита — мех.
Неплохо электризуется газетной бумагой
высушенная чертёжная линейка и резиновая трубка; послед-
няя—при ударах о крышку стола или зеркало голландской печи.
2) Э л е к т р о с к о п ы и электрометры. Для опы-
тов по электростатике применяются самые различные типы электро-
скопов и электрометров. Наибольшее распространение полу-
чили: электроскопы Кольбе и Роше (рис. 292), и электрометр Брауна
19 Е. Н. Горячкин
Рис. 294. Устройство ме-
ханизмов электроскопов.
Гис. 293. Электроскоп
Брауна.
Рис. 295. Универсальный штатив (I) для опытов по электростатике и приборы
к нему: крючок для подвешивания маятников (111), электрический султан
(11) и колесо Франклина (IV),
§42, 2
291
(рис. 293), причём последний является наилучшим для проведе-
ния демонстраций в школе. G электроскопом Кольбе, имеющим
раздвигающиеся листочки малого размера, невозможно обеспе-
чить достаточную видимость (рис. 292, II). Кроме того, при
отсутствии металлического дна — у бутылки и станиолевых на-
клеек (полосок) — на стенках, электроскоп Кольбе иногда не удаёт-
ся разрядить, и листочки, несмотря на заземление, остаются раз-
двинутыми. У электроскопа Роше вместо листочков подвешены
трубочки из папиросной бумаги (рис. 292), которые для увеличе-
ния чувствительности иногда снабжаются противовесами. У элек-
троскопа Брауна заряд обнаруживается отклонением алюми-
ниевой стрелки (рис. 294, III). Наилучшую видимость обеспе-
чивает электроскоп Брауна, не уступая, а иногда и превосходя в
чувствительности другие типы электроскопов. Задняя стенка
электроскопа Брауна сделана из матового стекла для просвечива-
ния сзади лампочкой.
3) Универсальный штатив (рис. 295), имея изо-
лирующую ножку, служит для опытов: электрические маятники
(Ш); колесо Франклина (IV); электрические султаны (II) (рис. 303)
и пр. Маятники проще всего сделать из папиросной гильзы, уда-
лив из неё мундштук; для подвешивания лучше взять нитку из
натурального шёлка; однако, если изолятор штатива действитель-
19*
292
$ 4 2, 2
Рис. 297. Схема электростатиче-
ской машины У имшерста.
Диски (круги машины) условно изо-
бражены двумя кольцами 1 и 2. ОС
и CiCi — щёткодержатели, располагае-
мые под углом в 90°. EEt — гребенки
с остриями для снимания зарядов с
дисков.
но не проводит электричества,
можно воспользоваться бумаж-
ной (рис. 301). Электрические
султаны (рис. 303) также не-
трудно сделать своими силами
из узких лент папиросной бу-
маги.
4) Электростатиче-
ская машина Уимшер-
с т а. Электростатическая машина
нередко оказывается неспособной
давать электроэнергию, главным
образом, потому, что учитель не
в состоянии правильно отрегу-
лировать её и устранить некото-
рые неисправности (рис. 296 и 297).
Для правильного действия элек-
тростатической машины необ-
ходимо соблюдение следующих
условий:
I. Чистота. Каждый раз перед опытами машину сле-
дует вытирать мягкой и чистой тряпкой для удаления с неё
пыли. Хранить машину необходимо в шкапу под чехлом из
материи.
II. П р о с у ш к а. Во избежание утечек зарядов все сте-
клянные части машины покрыты изоляционным лаком, что
делает их не гигроскопичными. При сыром воздухе в поме-
щении рекомендуется перед опытом машину просушивать
(на солнце, в лучах электропечи, около печки и т. п.), следя
за тем, чтобы не возникло перегрева, ведущего к размягче-
нию лака.
III. Ремённая передача. Ремни, передающие
движение со шкивов привода, иногда ослабевают. Ремни надо
в таком случае подтянуть, чтобы устранить скольжение.
IV. Положение щёток. Стержни со щётками С, С
машины должны быть расположены под прямым углом друг
к другу, причём стержень со стороны рукоятки нужно уста-
новить под углом в 45° к горизонту и так, чтобы верхняя щёт-
ка находилась справа от вертикали (рис. 296), не доходя до
неё по ходу вращения диска.
§ 42, 3
293
V. Состояние щёток. Щётки С, сделанные из ми-
шуры и скрученные неплотным жгутом, должны касаться
наклеек на дисках, нонецарапатьих (рис. 297, II). Кис-
точкам D из мишуры, служащим для снимания зарядов, надо
придать вид, показанный на рисунке 297, IV. Располагают их
и гребёнки £так, чтсбы они находились возможно ближе от
наклеек на дисках, но не касались их.
VI. Если машина после просушивания не возбуждается,
следует поднести к её станиолевым наклейкам наэлектризо-
ванную палочку, вращая при этом рукоятку.
3. Об электризации трением. Производя все описанные далее
опыты, следует обратить особое внимание на технику электри-
зации «трением». Надо добиться путём ряда упражнений получе-
ний электризации таким образом, чтобы экспериментатор мог
говорить учащимся об электризации не трением, а «соприкоснове-
нием». Для этого надо научиться получать заряды, только слег-
ка проводя один-два раза одним изолятором по другому, а не
Рис. 298. Правильное (II) и неправильное (I) сооб-
щение заряда телу.
тереть их друг с другом, тем более с видимым усилием. Такой на-
вык может создаться только в результяте ряда упражнений, причём
окажется, что наибольшая электризация достигается именно при
указанном выше условии. Однако, интенсивное трение палочки
о другой изолятор перед началом опытов заметно облегчает по-
294
$ 42, 4—6
следующие электризации. Объясняется это улучшением изоля-
ции под влиянием возникшего под действием трения нагревания.
4. Сообщение зарядов. На рисунке 298, I и II показаны непра-
вильное и правильное сообщения зарядов телу. Обычно к телу
подносят палочку её торцом, что неправильно (рис. 298, I). На-
до, прикасаясь к телу наэлектризованным участком палочки и
поворачивая её, проводить взад и вперёд вдоль поверхности те-
ла (рис. 298,11).
5. Обзор опытов по теме: «Электростатика». 1) Взаимо-
действие зарядов. Прежде всего обнаруживают на-
личие электрической силы (см. раздел 6, рис. 299). Затем при по-
мощи электрических маятников показывают взаимодействие од-
ноимённых и разноимённых зарядов (рис. 301). Для этой же це-
ли полезны опыт с «летающей ваткой» (см. раздел 7, рис. 300) и
демонстрация электрических султанов (см. раздел 8, рис. 303).
2) Понятие о количестве электричества
или величине заряда вводят на основании заряжения электро-
скопа или электрического султана, наблюдая, что при сообще-
нии новых зарядов отклонение стрелки или листочков возрастает.
3) Взаимное уничтожение разноимённых заря-
дов показывают, соединяя проводником два разноимённо заря-
женных электрических султана или электроскопа.
4) Электростатическую индукцию демон-
стрируют посредством электроскопа Брауна (рис. 293 и 304).
5) Электрическую искру показывают от электро-
статической машины.
Опыты, которые могут быть продемонстрированы во внеклас-
сных занятиях, в том числе на вечере занимательной физики, мно-
гочисленны: прыгающие фигурки; разряд лейденской банки;
заряжение человека на скамейке со стеклянными ножками; рассеи-
вание дыма или тумана; колесо Франклина и т. п. Описание опы-
тов — см. Ф. Э., т. IV, §§ 38, 42 и 46.
6. Опыт I. Электрическая сила.
Приборы и материалы: 1) Стеклянная или эбонитовая
палочка. 2) Газетная бумага или мех. 3) Чертёжная линейка. 4) Половая
щётка. 5) Электрическая лампочка в патроне. 6) Стул.
Рис. 299. Обнаружение действия электрической силы.
* 42, 7
295
Рис. 300. Летающая ватка.
Электрическую силу обнаруживают, действуя наэлектризо-
ванной палочкой на чертёжную линейку, положенную на какую-
либо опору, например, на электрическую лампочку или книгу
(рис. 299), или действуя на половую щётку, уравновешенную на
спинке стула (рис. 1). Подносить палочку следует указанным на
рисунке 299 образом к самому концу линейки или щётки. Силой
притяжения можно заставить линейку или щётку повернуться
вокруг вертикальной оси или один из их концов подняться вверх.
7. Опыт II. «Летающая ватка».
Приборы и материалы: 1) Стеклянная или эбонитовая
палочка. 2) Бумага или мех. 3) Кусочек ваты.
Кусочек ваты величиной не больше горошины растягивают
руками так, чтобы придать ей возможно большую поверхность
плоской формы. Затем, наэлектризовав палочку, подносят к ней
ватку и выпускают ватку из рук. Тогда ватка притягивается и
пристаёт к палочке. Подняв палочку над головой, резким движе-
нием отдёргивают палочку вниз так, чтобы ватка по инерции
осталась в воздухе. Так как ватка наэлектризована одноимённо с
палочкой, то, приближая последнюю к ватке, можно легко по-
мешать её падению (рис. 300). Более того, легко удаётся после
нескольких упражнений не только заставить ватку плавать в
Рис. 302. Подвешивание палочки на
стремечке.
Рис. 301. Устрой
ство электриче-
ских маятников.
296
£ 42. 8
воздухе, но и двигаться вверх и горизонтально, выгнав её, на-
пример, из класса в коридор.
8. Опыт III. Взаимодействие зарядов.
Приборы и материалы: 1) Электрические маятники
(рис. 301). 2) Стеклянная и эбонитовая палочки. 3) Бумага и мех. 4) Стремечко
(рис. 302). 5) Лабораторный штатив или рама (рис. 51). 6) Экран фона
(рис. 56).
1) К электрическому маятнику (рис. 301) поднести заряжен-
ную палочку и показать, что маятник, притянувшись и наэлект-
ризовавшись, затем отскакивает и отталкивается.
//
Рис. 303. Опыты с электрическими султанами.
2) Продемонстрировав опыт со стеклянной палочкой, повто-
рить его с эбонитовой, обнаруживая, что в обоих случаях явле-
ния одинаковы.
3) Взять два маятника и сначала оба наэлектризовать одно-
имённо и получить их взаимное отталкивание.
4) Один маятник наэлектризовать зарядом от стеклянной и
другой — от эбонитовой палочки и показать притяжение разно-
имённых зарядов.
5) Подвесить на двунитном подвесе стремечко и положить
на него наэлектризованную палочку (рис. 302). Обнаружить взаи-
модействие её с другой наэлектризованной палочкой (притяже-
ние и отталкивание).
6) Обеспечить видимость применением экрана фона.
§ 42, 9—10
297
9. Опыт IV. Электрические * султаны.
Приборы и материалы: 1) Два электрических султана
(рис. 303). 2) Палочки — стеклянная и эбонитовая. 3) Бумага и мех. 4) Про-
водник на изолирующей ручке.
1) Зарядами от палочки наэлектризовать электрический султан,
представляющий из себя пучок тонких полосок или лент папи-
росной бумаги, прикреплённых одним концом к металлическо-
му стержню на изолирующей подставке (рис. 303). Ленты после
нескольких зарядок от хорошо электризующейся палочки, за-
ряжаясь одноимённо и отталкиваясь друг от друга, придают
султану вид, показанный на рисунке 303, 1.
2) Зарядив подобным же образом второй султан одноимённо
с первым, сближают их и наблюдают картину отталкивания.
3) Повторить опыт, зарядив султаны разноимённо (притяже-
ние) (рис. 303, II).
4) Вновь наэлектризовав султаны разноимённо примерно
одинаковыми зарядами, соединить их проводником на изолирую-
щей ручке и наблюдать взаимное уничтожение зарядов.
10. Опыт V. Проводимость. Электростатическая индукция.
Приборы и материалы: 1) Два электроскопа Брауна
(рис. 293) или два электроскопа Кольбе (рис. 292). 2) Палочки — эбонитовая
и стеклянная. 3) Бумага и мех. 4) Проводник на изолирующей ручке.
5) Экраны — фона и просвечивающий.
1) Сильно зарядить один из электроскопов каким-либо заря-
дом и присоединить к нему проводником другой незаряженный
электроскоп (такого же типа). Наблюдать эффект.
2) Зарядить два одинаковых электроскопа сначала одноимён-
но, потом разноимённо и наблюдать, что произойдёт при соеди-
нении их проводником.
Рис. 304. Схема демонстрации электростатической индукции.
3) Получить заряд через влияние, поднеся для этого палоч-
ку к электроскопу (рис. 304, I), затем прикоснуться к шарику паль-
цем (не убирая палочки) (рис. 304, II); наконец, отнять палец (III)
и только после этого удалить палочку (IV). Добиться получения
298
$ 42, 11—12
достаточно ясно видимого отклонения стрелки и листочков при
заряде через влияние.
5) Проверить видимость опыта; применить экраны — фона и
просвечивающий.
11. Опыт VI. Электростатическая машина.
Приборы и материалы: 1) Электростатическая машина
Уимшерста (рис. 296). 2) Лейденская банка. 3) Колесо Франклина. 4) Раз-
рядник для банки. 5) Тампон из ваты на деревянной палочке. 6) Эфир или
бензин. 7) Лист плотной бумаги. 8) Разрядник для банки. *
1) Убедившись, что стержни щёток расположены взаимно пер-
пендикулярно и самые щётки в порядке (см. раздел 2), получить
от машины короткую иск-
ру. Постепенно раздвигать
шарики разрядника до
получения наиболее длин-
ной искры. Пронаблюдать
то же явление в темноте
для обнаружения истече-
ний.
2) На пути искры по-
местить сначала тампон
из ваты (рис. 505), смочен-
ной в серном эфире или
бензине, и затем лист плот-
ной бумаги. Наблюдать
соответственно возгорание
тампона и пробивание от-
верстия в бумаге.
3) Один из полюсов машины присоединить проводником к
«земле», для чего, например, свободный конец провода поместить
под подставку к машине. Соединить проводником на изолирую-
щей ручке или разрядником шарик лейденской банки с другим
полюсом и зарядить банку..Разрядить её.
4) Оставив один полюс заземлённым, к другому включить ко-
лесо Франклина и наблюдать его вращение.
.5) Попробовать зарядить человека, стоящего на изолирую-
щей скамейке (рис. 305).
к земле
Рис. 305. Зарядка чело-
веческого тела от элек-
тростатической машины.
12. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме, определить их целевую установку
и сделать зарисовки опытов.
2) Каким образом можно определить знак заряда, пользуясь электри-
ческим маятником или султаном?
3) Какой из опытов по обнаружению электрической силы эффектнее —
с линейкой или со щёткой?
4) Выйдет ли опыт (рис. 299) с металлической линейкой?
5) Почему не рекомендуется заряжать электроскопы от электростати-
ческой машины?
$ 43, 1—2
299
6) Нужно ли демонстрацию султанов проводить от электростатической
машины?
7) Как устроен и работает прибор: сетка Кольбе ? Нужен ли он в шко-
ле-семилетке?
8) Какое напряжение даёт электростатическая машина, находящаяся
в вашем распоряжении? Как определить это напряжение?
9) Как устроена машина Уимшерста и почему она работает (объяснить)?
10) Почему палочку для тампона (рис. 505) (см. раздел 11) надо взять
из дерева, а не из металла?
И) В каких случаях и зачем при опытах надо заземлять один из элек-
тродов машины Уимшерста?
12) Можно ли зарядить лейденскую банку, держа её в руке и прикос-
нувшись шариком к незаземлённому электроду машины?
§ 43. Электрическая цепь. Реостаты.
Методические указания — см. т. I, § 92—94.
Изготовление приборов — см. т. III, §42.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 58, 59 и 62, 2 и рис. 253—257
и 269.
1. Методические замечания. Количество опытов по теме «Элек-
трическая цепь» сравнительно невелико. В основном это сводит-
ся к показам действий электрического тока и к демонстрации
отдельных частей, из которых слагается электрическая цепь
(генератор, приёмник, провода, выключатели). Ни устройство ге-
нератора, ни приёмников в это время не рассматривается; произ-
водится лишь их классификация по видам превращаемой ими энер-
гии (для генераторов —механическая или химическая в элек-
трическую, для приёмников — электрическая в тепловую, хими-
ческую, механическую, лучистую).
Совершенно необходимо дать первое представление с соответст-
вующими демонстрациями об устройстве проводов, клемм, прос-
тейших выключателей (рис. 489) и переключателей (рис. 490).
Для изучения составления электрической цепи, кроме соот-
ветствующей демонстрации, совершенно необходимо проведение
лабораторной работы.
2. Обзор опытов по теме: «Действия электрического тока».
1) Тепловые действия тока показывают, накаливая
проводник током (§46, 5 и рис. 339) или включая электрическую
плитку (рис. 130).
2) Химические действия демонстрируют при по-
мощи прибора Гофмана (§ 44, 6 и рис. 315) или производят элек-
тролиз сернокислой меди (§ 44, 7 и рис. 316).
3) Магнитные действия иллюстрируют опытом
Эрстеда (§ 48, 5 и рис. 357.), а также электромагнитом простей-
шего устройства (§ 48, 3 и рис. 362).
4) Превращение электрической энер-
гии в механическую демонстрируется приведением
в действие модели электромотора (рис. 506) или, лучше всего,
вращающегося витка (§ 49, 8 и рис. 379).
300
$ 43, 3—5
5) Превращение электрической энер-
гии в свет осуществляется включением лампочки накали-
вания или, лучше, неоновой лампочки, в которой происходит
непосредственное превращение в лучистую энергию (§ 46, 3
и рис. 333).
3. Обзор опытов по теме: «Электрическая цепь». 1) Т и п ы ге-
нераторов. В качестве механического генератора показы-
вают магнитоэлектрическую машину (§ 50, 8 и рис. 394), нака-
ливая фт неё лампочку от карманного фонарика. Аккумулятор
(рис. 117 и 118), элементы — сухой или наливной (рис. 123 и 121) и
Грене (рис. 122) служат образцами химических генераторов. Во
внеклассной работе крайне желательно показать действия термо-
и фотоэлементов, о чём —
см. § 45, 7 и 8 (рис. 324 и
325) и в книге Ф. Э., т. Ill,
§§ 29—31, и т. VI, § 72.
2) Электричес-
кая цепь составляется
преподавателем на демон-
страционном столе из ба-
тареи, ключа и звонка,
а также электрической
демонстрацией соответствую-
(см. § 67, 4). Из отдельных
Рис. 306. Реостат с движком.
лампочки. Однако заменять этой
щую лабораторную работу нельзя
деталей цепи рационально показать: выключатели, ключ (рис. 489),
рубильник (рис. 525); вращающийся установочный выклю-
чатель (рис. 490); образцы различных проводов; патроны и
цоколь электрической лампочки.
3) Введение понятия о направлении электрического
тока делается на основании опыта с электролизом сернокис-
лой меди (§ 44, 6).
4. Типы реостатов. Реостаты являются важнейшими подсоб-
ными приборами, совершенно необходимыми при работах с элек-
трическим током.
Реостаты служат при получении от источника электрической
энергии для ограничения или поддержания в цепи определён-
ной силы тока или же определённого напряжения на клеммах
приёмника.
В школе находят себе применение три типа реостатов: прово-
лочные (рис. 306 и 307), ламповые (рис. 308) и водяные (рис. 309).
5. Проволочные реостаты с движком. Реостат с подвижным кон-
тактом или движком, выпускаемый Главучтехпромом, под назва-
нием реостат Руштрата, показан на рисунке 306. Устройство его
достаточно известно (см. Ст. уч., часть 2, § 46, Ф. Э., т. Ill, § 16).
При подключении проводов цепи к клеммам А и В величина вве-
дённого сопротивления будет зависеть от положения движка
(рис. 306).
§ 43, 5
301
Реостаты делаются различных сопротивлений. Величина это-
,го сопротивления указывается в надписи на движке реостата;
там же имеется пометка о максимальной силе тока, который мо-
жет выдерживать обмотка реостата без вреда для неё. Так, на-
пример, надпись 10 й ЗА обозначает, что сопротивление всей обмот-
ки равно 10 омам и что реостат без вреда для себя выдержит ток
не выше 3 ампер. При токах выше 3 ампер обмотка станет пере-
греваться и в конце концов окажется испорченной.
Данные для реостатов, выпускаемых промышленностью для
средней школы, приведены в таблице:
Сопротивление Наибольшая допустимая нагрузка
1750 омов 0,3 ампера
80 » 1,5 »
55 » 2,1 »
24 ома 6 ампер
5 омов в,8 ампера
Кроме реостатов с движком, применяются проволочные рео-
статы с коммутатором, у которых изменение сопротивления
происходит скачками при пе-
ремещении рукоятки А по
клеммам 7, 2, 3 и 4 (рис. 307,
I и II). Такого типа реостат* ну-
жен в школе для вольтовой
дуги (рис. 341)х).
Рис. 307. I—схема реостата с переключателем; II—настольный де-
монстрационный реостат.
Об устройстве реостата для вольтовой дуги — см. т. III, § 42.
302
$ 43, 6
Реостаты с движком находят себе применение чаще всего в
цепях низкого напряжения, т. е. в тех случаях, когда источ-
ником тока служат аккумуляторы или элементы. Однако, примене-
ние их для тока с напряжением в 120 V в некоторых случаях не
исключено, хотя, вообще говоря, не может быть рекомен-
довано.
6. Расчёты при включении проволочных реостатов. Рассмот-
рим несколько примеров расчёта сопротивления реостата с целью
обеспечения нормы тока для некоторых приёмников при напря-
жении источника тока в 120 V:
а) лампочки карманного фонарика на 3,5 V, 0,3 А1)ф,
б) кинопроекционной лампочки на 12 V; 50 W И;
в) вольтовой дуги переменного тока на 15 А.
Наводим:
Лампочки Вольтова дуга
3,5V 12 V 15 А
Норма напряжения Норма тока /, заданная или вычисленная по формуле мощно- сти N = U -I Нужное падение напряжения в реостате U2 =U—U1 = 'i20— 3,5V 0,3 А 116,5 V 12 V 12=4’1А 102 V 60 V 15 А 60 V
Нужное сопротивление реостата -4 116,5 _ 0,3 = 368 ом 102 =25 ом 4,1 60 , -=4 ом
Таким образом, для лампочки на 3,5 V из имеющихся в про-
даже оказался бы пригодным реостат в 1750 омов, допускающий
нагрузку до 0,3 А (см. таблицу допустимой нагрузки). Для лам-
почки на 12 V (50 W) пришлось бы соединить последовательно
два реостата на 24 ома и на 5 омов; каждый из этих реостатов
допускает наибольший ток соответственно в 6 А и в 6,8 А и, сле-
довательно, не пострадает от нагрузки в 4 А. Для вольтовой
дуги, требующей тока в 15 А, ни один из указанных реостатов не
оказался бы годным. Реостат же в 6 омов, допускающий наиболь-
шую нагрузку до 6,8 А, при токе в 15 А сгорел бы.
Й Применение проволочного реостата здесь допустимо только в крайнем
случае, за неимением трансформатора или же при постоянном токе. Эти при-
меры приводятся для ознакомления с техникой расчёта.
§ 43, 7
303
О расчётах реостата при зарядке аккумуляторов — см.
т. III, § 23.
7. Ламповый реостат. Ламповые реостаты применяются обыч-
но в цепях с напряжением в 120 V или 220 V, реже 12 V. Прин-
цип действия лампового реостата основан на том, что электри-
ческая лампочка, включённая в цепь соответствующего ей на-
пряжения, пропускает через себя ток определённой силы. Тогда,
какой бы прибор мы ни включили последовательно с лампочкой,
сила тока в цепи окажется меньше той, которую пропускает че-
рез себя эта лампочка.
Рис. 308. Ламповый реостат.
Изготовление лампового реостата своими силами не представ-
ляет затруднений (рис. 308). На доске устанавливают,, в ряд не-
сколько стенных или иллюминационных патронов и, соединив их
между собой параллельно, подводят провод к двум клеммам, слу-
жащим для включения в цепь. Ламповый реостат включают в
сеть освещения последовательно с тем прибором, в котором необ-
ходимо получить ток определённой силы.
Тогда, ввёртывая в патроны лампочки, рассчитанные на на-
пряжение сети (т. е.на 120 V или на 220 V), увеличивают скачками
силу тока, текущего через прибор, до нужной величины. Зара-
нее можно приблизительно рассчитать, сколько ламп и какой мощ-
ности надо включить в ламповый реостат. Так, лампа в 40 W для
напряжения в 120 V пропускает через себя ток около 40: 120=А;
лампочка такой же мощности, но для напряжения в 220 V даёт
40 : 240=4- А.
О
Данные о силе тока для ламп различной мощности при вклю-
чении их в сеть соответствующего напряжения приведены в т а б-
л и ц е на стр. 304.
При помощи этой таблицы легко найти количество и мощности
ламп, необходимых для получения определённой силы тока в це-
пи с таким же, как и у ламп, напряжением.
304
§ 43, 8
Тип лампочки Мощность Сила тока лампочки при напряжении
12 V 120 V 220 V
Осветительная 15 W 0,12 А —
» 25 » — 0,2 » 0,1 А
Кинопроекционная 30 » 2,5 А — —
» 50 » 4,2 » — —
Осветительная 40 » — 0,33 А 0,66 А
» G0 » — 0,5 » 0,25 »
» 100 » — 0,8 » 0,4 »
» 300 » — 2,5 » 1,4 »
» 500 » — 4,2 » 2,2 »
Пример!. Для модели электромотора нормальный ток равен 1 А.
Сколько ламп надо взять при включении его в сеть 120 V?
Решение:
Возможны различные варианты, например:
5 ламп (120V) по 25 W
3 лампы (120 V) по 40 W
2 лампы (120 V) по 60 W
2 лампы (120V) — одна 100
и другая 25 W
(5X0,2 А—1 А)
(ЗХ 0,33 А =1 А)
(2X0,5 А =1 А)
(0,8 А + 0,2 А = 1 А)
Пример 2. Лампочку от карманного фонарика (3,5 V; 0,3 А) надо
нормально накалить, пользуясь током освещения. Сколько и каких ламп
надо взять в ламповом реостате?
Решение:
2 лампы в 15 W и 25 W
1 лампа 40 W
(0,12 4-0,2=0,32 А)
(0,33 А)
Все эти расчёты справедливы только в том случае, когда со-
противление *то го или иного прибора мало по сравнению с сопро-
тивлением ламп. Чем больше будет сопротивление этого прибора,
тем значительней станет разница между током, ожидаемым по
расчёту, и током, полученным в действительности.
Поэтому в ламповый реостат приходится ввёртывать допол-
нительно ещё одну или больше ламп.
8. Водяной реостат. В водяных реостатах сопротивление вод-
ного раствора какой-либо соли изменяется посредством увеличе-
ния площади погружённых электродов или сближением их
между собой. На рисунке 309 показана наиболее простая кон-
струкция водяного реостата, созданного из прямоугольной банки,
заполненной проводящим раствором. Изменение сопротивления
производится посредством придвигания или отодвигания одной
пластины от другой и изменения тем самым толщины разделяю-
щего их слоя раствора. Во избежание поражения током пласти-
S 44, 1
305
ны укрепляются на деревянных брусочках с изолирующими руч-
ками.
Электроды для реостатов лучше всего сделать из свинца; же-
лезо и медь сравнительно быстро окисляются. Однако, так как
реостат применяется в школе сравнительно редко и на короткое
время, то электроды для него можно изготовить из кровельного
железа. После работы желез-
ные электроды следует выни-
мать из раствора и высушивать.
При железных электродах нель-
зя пользоваться раствором кис-
лот и других солей (в том чис-
ле и NaCl). Наилучшим веще-
ством для раствора служит
сода.
Нужно иметь в виду, что
раствор при работе сильно на- Рис- 309. Водяной реостат,
гревается, отчего его сопротив-
ление весьма сильно уменьшается. В этом заключается основной
недостаток водяных реостатов, почему при получении сильных
токов их замыкают только на самое короткое время.
Сделать какие-либо ориентировочные расчёты для водяного
реостата заранее нельзя. Обычно приготавливают раствор весь-
ма слабой концентрации, бросив в воду маленькую щепотку со-
ды. Если через некоторое время, когда раствор прогреется то-
ком, сопротивление реостата при сближенных пластинах окажет-
ся большим, чем нужно, добавляют ещё щепотку соды.
§ 44. Превращение химической энергии в электрическую и
обратно.
Методические указания — см. т. I, §§ 92 и 93.
Изготовление приборов — см. т. III, § 43.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 60 и рис. 258—263.
1. Методические замечания. Несмотря на то что вопрос о хи-
мических действиях тока в целом не изучается, рассмотрение его
отдельных частей неизбежно при прохождении курса электриче-
ства. Предполагается также, что разложение подкисленной
воды и некоторые другие простейшие вопросы электролиза изу-
чаются в курсе химии. Каждый преподаватель должен овладеть
техникой, хотя бы самого простого, эксперимента по электроли-
зу, так как преподавателю придётся определять полюсы источни-
ка тока электрохимическим путём, снаряжать гальванические
элементы, заряжать аккумуляторы и проводить некоторые опы-
ты как в классе, так и при кружковой .работе. К числу обязатель-
ных опытов по электролизу, показываемых в классе, относятся:
гальванический элемент, как источник тока; выделение металла
20 Е. Н. Горячкин
306
§ 44, 2
при электролизе (см. ниже, а также § 23, 3). Кроме того, весьма
желательно проведение демонстрации принципа действия акку-
мулятора — весьма простой по своей технике и не трудной для
объяснения.
На внеклассных занятиях значительный интерес представят
для учащихся электролиз растворов солей с цветными индикато-
рами (см. раздел 10), демонстрация сатурнова дерева (§ 23, 3) и
др. Для индивидуальных занятий учащихся в кружке рекомен-
дуется постановка гальванопластической ванны, о чём см. Ф.Э.,
т. 111, § 37, 9.
Рис. 310. Прибор Горячкина по электролизу.
Кроме описаний опытов, далее приведены правила при рабо-
тах по электролизу, выполнение которых совершенно необходимо
не только для соблюдения требований лабораторной культуры
(§ 4), но и для успеха опытов.
2. Приборы по электролизу. 1) Набор Горячкина,
являясь универсальным, позволяет осуществить большую часть
описанных дальше опытов, именно;
1) электролиз сернокислой меди; 2) элемент Вольта; 3) срав-
нение электродвижущих сил элемента для различных пар; 4) эле-
мент с хромовой жидкостью; 5) принцип действия аккумулятора;
6) определение электрохимического эквивалента меди; 7) галь-
ваностегия; 8) электролитический выпрямитель.
Кроме перечисленных экспериментов по электролизу, набор
может быть использован для лабораторной работы на закон Джоу-
ля-Ленца.
В набор (рис. 310) входят следующие части:
1) фаянсовая крышка А к стакану, снабжённая двумя универ-
сальными клеммами; 2) стеклянный стакан; 3) две цинковые пла-
§ 44, 2
307
стины СС\ из них одна амальгамированная; 4) две медные пластины
1)Р;5)две свинцовые пластины 7?В;6)два цилиндрических угольных
электрода FF; 7) алюминиевая палочка Е; 8) петля G для подве-
шивания предметов
D
В
при гальваностегии; 9) две латунные палоч-
ки JJ с гайками на концах для укрепле-
ния спиральки; 10) спираль из никели-
новой проволоки для лабораторной работы
на закон Джоуля-Ленца.
закон Джоуля-Ленца.
Есе детали помешены в фанерный ящик
уложены в соответствующие гнёзда.
D
ОМ
Рис. 311. Устройство и
вид клемм для закрепления электродов.
При надлежащем обращении с набором, которое заключает-
ся, главным образом, в тщательной промывке электродов после
опытов, набор может служить весьма долгое время, заисключе-
ниехМ только цинковых пластин. Цинковые пластины в случае
износа можно своими силами заменить новыми.
Сборка прибора крайне проста и состоит в укреплении в крыш-
ке нужных для опыта электродов. На крышке имеются две универ-
сальные клеммы, служащие одновременно для закрепления плас-
тин и для включения тока (рис. 311). Перед укреплением элек-
трода надо отвернуть винт А и затем вставить в канал клеммы
отросток В, каким снабжены электроды. Электрод должен быть обя-
зательно вставлен так, чтобы его верхний край вплотную приле-
гал к крышке. Затем, завёртывая винт А, закрепляют электрод.
Эбонитовая головка D, снабжённая винтовой резьбой, служит
для зажимания провода £, подводяшего ток. Выступ С на крышке
сделан для того, чтобы пластины, вставленные в крышку, распо-
лагались примерно в параллельных плоскостях и не могли кос-
нуться друг друга.
20*
308
§ 44, 3
2) U-образная трубка для электролиза
растворов солей. Её можно достать в химическом ка-
бинете или приобрести (рис. 312). Для неё следует сделать уголь-
ные электроды, взяв для этого два тонких угля от вольтовой дуги.
3) Прибор Гофмана;
описание нескольких типов та-
кого прибора — см. Ф. Э., т.
111, §33, 2. ,
3. Основные правила при
работах по электролизу. Для
работ по электролизу требу-
ются растворы кислот, щело-
чей и различных солей. Элект-
роды, вынутые из раствора и
недостаточно промытые, сильно
портятся не только сами, но
портят также и ящик, в кото-
ром они хранятся. Кроме того,
электроды, окислившиеся или
содержащие на себе остатки
реактивов, могут вызвать при
Рис. 312. U-образная трубка для опытах с растворами побочные
электролиза солей. реакции, искажающие основ-
ное наблюдаемое явление. На-
конец, элементарная лабораторная культура при работе с при-
борами по электролизу требует соблюдения определённых пра-
вил, во избежание порчи как самих приборов, так и других вещей
(стола, одежды и т. п.), не имеющих непосредственного отноше-
ния к опытам.
Правила эти следующие:
I. Все растворы должны быть заготовлены заранее и в
случае надобности профильтрованы, как это, например, нуж-
но для сернокислой меди и соды. Приготовление раствора в
самом стакане для прибора допускать нельзя (см. т. III, § 24).
II. Электроды, нужные для опыта, должны быть предва-
рительно осмотрены и с них должны бытьудалены, хотя бы
малейшие, следы грязи и окислов (бэлые или серые пятна).
Как производится подобная очистка, указано в описаниях
опытов с набором.
III. Во избежание порчи стола растворами прибор при
опыте лучше ставить на стекло, в небольшую фотографиче-
скую кюветку (рис. 203 и 315), на тарелку или блюдо.
§ 44, 4
309
IV. Электрод, вынутый из раствора, без надлежащей про-
мывки и обсушки, безусловно нельзя класть непосредствен-
но на стол, а тем более в ящик. Так как промывка занимает
сравнительно длительное время, то использованные электро-
ды следует класть в кюветку с водой. Присутствие такой
кюветки особенно необходимо при демонстрационных опытах.
V. Использованные электроды после урока должны быть
тщательно промыты водой, для чего их лучше всего поместить
в кюветке в раковину и 5—10 минут промывать в проточной
воде. Все осадки на электродах, получившиеся в результа-
те реакций, необходимо удалить посредством тряпки или бу-
маги перед промывкой в проточной воде1). После промывки
электроды нужно высушить или, проще, вытереть досуха
тряпкой, фильтровальной или обёрточной бумагой. Подобной
же операции подвергают и крышку прибора Горячкина.
Как правило, надо укладывать в ящик только про-
мытые и высушенные электроды и крышку.
VI. Цинковую пластину надо время от времени амаль-
гамировать.
4. Опыт 1. Определение полюсов источника тока.
Приборы и материалы: 1) Два гальванических элемента
Грене (рис. 122) или три сухих (рис. 123). 2) Пробирка или стаканчик.
3) Растворы — поваренной соли, серной кислоты, фенолфталеина. 4) Про-
вода для соединений.
Опыт служит для приобретения навыка по определению
полюсов.
1) Соединив элементы последовательно, опустить концы мед-
ных проводов в стаканчик с раствором серной кислоты любой
концентрации (рис. 313, I). Проверить, что на катоде (отрица-
тельном электроде) происходят выделения газа, на аноде же газ
не появляется 2).
2) Сделать подобный же опыт, взяв раствор поваренной соли
(NaCl).
3) В раствор поваренной соли ввести несколько капель раствора
фенолфталеина1 2 3) и размешать. Опустить концы проводов от бата-
1) Об удалении меди с угля — см. раздел 7, пункт 4.
2) Раствор H2SO4 разлагается током с выделением на катоде водорода.
Получающийся же на аноде кислород вступает в соединение с медью, по-
чему выделение его незаметно.
Фенолфталеин предварительно растворяют в спирте пли, в крайнем
случае, в водке (см. т. 111, § 24).
' 310
§ 44, 5—6
окрашивание около катода
водой и приложить к ней на
концы проводов от батареи.
Наблюдать красное окра-
шивание около катода.
5) Полоску промока-
тельной (розовой или
красной) бумаги пропи-
тать раствором NaCl. На-
блюдать обесцвечивание
бумаги около анода, где
выделяется хлор.
5. Опыт II. Амальга-
мирование цинка.
реи и наблюдать яркокрасное
(рис. 313, II).
4) Полюсную бумагу1) смочить
расстоянии одного-двух сантиметров
Рис. 313. Определение полюсов различ-
ными способами.
Приборы и мате-
риалы: 1) Цинковая пла-
стинка (рис. 310). 2) Фарфо-
ровая ступка или чашка.
3) Ртуть. 4) Раствор серной кислоты (5—10%). 5). Наждачная бумага.
6) Зубная щётка. 7) Нож. 8) Кюветка с водой. 9) Провода для соединений.
Опыт служит для приобретения навыка амальгамирования
цинка (§ 17, 6 и 7), что нужно при снаряжении гальванических
элементов.
1) Пластинку или палочку цинка очистить от окислов наж-
дачной бумагой. Окислы удалить также из всех раковин и углуб-
лений посредством острия ножа или напильника.
2) Промыть цинк в воде и затем опустить одним концом в ча-
шечку, содержащую 10-процентный раствор серной кислоты
и несколько капель ртути. Прикоснуться пластинкой или палоч-
кой к ртути; ртуть пристанет к поверхности цинка.
3) Посредством зубной щётки или тряпичного тампона на па-
лочке растирать ртуть по соседним участкам (рис. 314). Про-
амальгамировав до середины, повернуть палочку другим концом
и также покрыть его ртутью.
4) Если на пластинке остались хотя бы очень малые пятна и не-
амальгамированные части, выскоблить их ножом и амальгами-
ровать.
6. Опыт III. Электролиз подкисленной воды.
Приборы и материалы: 1) Прибор Гофмана (рис. 315).
2) Батарея из 2—3 аккумуляторов или элементов. 3) Электрическая лампоч-
ка в 25—40 W или ламповый реостат (рис. 308). 4) Пробирка. 5) Лучинка.
И Для приготовления полюсной бумаги пропитывают фильтровальную
бумагу раствором NaCl и фенолфталеина и затем её высушивают (см.
т. III, § 43).
5 44, 6
311
6) Спички. 7) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий. 8) Кю-
ветка. 9) Соединительные проводники.
1) Наполнить прибор Гофмана раствором
поставив его в кюветку. Обратить внимание
крайне осторожного обращения
бежание гибели прибора (см.
Ф. Э., т. Ill, §33, 2).
2) К прибору Гофмана
включить батарею из двух-
трёх аккумуляторов, пред-
варительно удалив воздух
из трубок, предназначенных
для собирания газа (рис.
315).
серной кислоты,
на необходимость
электродов во из-
с выводами от
Рис. 314. Амальгамирование
цинка.
Рис. 315. Прибор Гофмана.
3) Пронаблюдав разложение током от батареи, для ускорения
реакции включить прибор Гофмана через лампу в 25—40 W в цепь
постоянного тока в 120 V. Во избежание получения в трубках гре-
мучего газа вследствие возможной перемены полюсов при пере-
ходе от тока батареи к току в 120 V, газы из трубок надо удалить,
заполнив трубки раствором посредством открывания кранов.
4) Собрав достаточное количество газов (водорода, примерно,
около одной трети трубки), продемонстрировать, что продукта-
ми разложения являются кислород и водород. В полузатемнён-
ном помещении поместить около крана трубки, содержащей кис-
лород, тлеющий конец лучинки или картонной полоски и мед-
ленно* 2) открыть кран.
г) Если на клеммах прибора Гофмана проставлены знаки полюсов, то
это указывает, что один из электродов (плюс) сделан для экономии не из
платины. При неправильном включении выделяющийся кислород окислит
это! электрод, и прибор будет испорчен.
2) При быстром открывании капельки жидкости могут погасить тлею-
щий конец лучинки, и опыт не выйдет.
312
J 44, 7-8
5) Для демонстрации того, что вторым продуктом разложения
является водород, сжечь его, поместив около трубки зажжён-
ную спичку, горящую небольшим пламенем. Лучше собрать во-
дород в опрокинутую пробирку и сжечь его в ней, поднеся
горящую спичку снизу.
6) Проверить, на фоне какого экрана —белого, чёрного или
просвечивающего — обеспечивается наилучшая видимость.
7. Опыт IV. Выделение металла при электролизе.
Приборы и материалы: 1) Крышка от прибора Горячкина
(рис. 310). 2) Два угольных и медный электроды. 3) Батарея из двух-трёх
элементов или аккумуляторов. 4) Стакан. 5) Раствор сернокислой меди.
6) Кюветка с водой. 7) Просвечивающий экран. 8) Провода для соединений.
Опыт служит для демон-
страции отложения меди на
катоде и в частности для
установления понятия о на-
правлении электрического
тока.
Замечание. Если металл
на угле станет выделяться хлопь-
ями, а не в виде характерного
плотного осадка, силу тока сле-
дует уменьшить.
1) В крышку прибора Го-
рячкина по электролизу вста-
вить две угольные палочки
(рис. 316). Если на углях имеются следы окислов, удалить их
шкуркой или ножом и промыть электроды.
2) Палочки погрузить в раствор CuSO4 и включить в цепь
двух-трёх элементов или аккумуляторов. Продемонстрировать
выделение меди на катоде.
3) Переменить направление тока и, отметив электрод, ранее
бывший катодом, продемонстрировать исчезновение там меди и
её появление на угле, ставшем катодом.
4) Заменить угольную палочку, не содержащую на себе вы-
деленной меди., медной пластинкой. Сделав последнюю катодом,
удалить медь с угольной палочки.
5) Выяснить, какое преимущество получает демонстрация
при применении просвечивающего экрана.
8. Опыт V. Гальванический элемент.
Приборы и материалы: 1) Крышка от прибора Горячкина
(рис. 310). 2) Электроды — цинковый, медный и угольный. 3) Растворы сер-
ной кислоты (10—20%) и двухромовокислого калия (насыщенный). 4) Элек-
трический звонок (рис.55). 5) Лампочка от карманного фонарика (рис. 488).
6) Демонстрационный вольтметр с добавочными сопротивлениями на 10 V
§ 44, 9
313
и 1 V (рис. 114). 7) Просвечивающий экран. 8) Кюветка с водой. 9) Тряпка
или непроклеенная бумага. 10) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации принципа действия гальва-
нического элемента, а также для обнаружения, что напряжение
элемента зависит от материала взятых электродов.
1) Элемент Вольта собрать из набора по электролизу
Горячкина, вставив в крышку медную и цинковую (амальгамиро-
ванную) пластины.
2) Пластины погрузить в раствор серной кислоты, налитой
в стакан не более как до половины. Элемент замкнуть на хорошо
отрегулированный звонок1). Показать, что он будет звонить
некоторое время и затем, вследствие поляризации, умолкнет.
3) Продемонстрировать, что удаление газового слоя на медной
пластине механическим путём (для чего эту пластину сначала
следует обмыть водой и затем досуха вытереть бумагой или тряп-
кой) вновь возобновляет действие элемента, но опять только на
короткое время.
4) После появления поляризации долить в стакан раствор
двухромовокислого калия, служащего деполяризатором, и на-
блюдать более сильный и непрерывный звон.
5) После замены медной пластины угольной палочкой, что со-
здаёт элемент с хромовой жидкостью (Т р у в е, Грене), убе-
диться посредством демонстрационного вольтметра, звонка и
лампочки от карманного фонарика, что пара цинк —уголь по
сравнению с парой цинк — медь даёт большее напряжение.
6) Выяснить, какие преимущества получает демонстрация
при применении просвечивающего экрана.
9. Опыт VI. Принцип действия аккумулятора.
Приборы и материалы:!) Крышка от прибора Горячкина
(рис. 310). 2) Две свинповые пластины из набора. 3) Источник тока в 4—6 V.
4) Электрический звонок (рис. 55). 5) Лампочка от карманного фонарика
(рис. 488). 6) Провода для соединений. 7) Кюветка с водой. 8) Наждачная
или стеклянная бумага. 9) Просвечивающий экран (рис. 57). 10) Раствор
серной кислоты (20—25°/0).
Опыт служит для демонстрации принципа действия аккуму-
лятора, а также процесса его зарядки и разрядки.
1) В стакан налить на три четверти раствор серной кислоты.
В крышку вставить два свинцовых электрода, предварительно
слегка почистив их шкуркой, чтобы удалить с них окислы. Тог-
да к моменту опыта они будут иметь одинаковый цвет.
2) К пластинам присоединить звонок, чтобы показать, что при
погружении их в раствор звон не происходит. Обратить внима-
ние, что пластины, — однородны, и поэтому такой элемент да-
вать тока не будет.
х) См. § 48, 3 и рис. 375.
314
§ 44, 10
/
3) Отключив звонок, присоединить к пластинам два-три ак-
кумулятора или элемента: это соответствует процессу зарядки ак-
кумулятора. Через 2—3 мин. свинцовая пластина, являющаяся
анодом, покроется лёгким налётом (шоколадного цвета) из пере-
киси свинца Ч (рис.
317, I).
4) Вынув пластины
из раствора, показать,
что в результате элек-
тролиза, соответству-
ющего зарядке акку-
мулятора, одна из плас-
тин (анод) изменилась
химически на своей
поверхности, в то время
как другая пластина
(катод) осталась без
особо заметных измене-
ний.
5) Вновь погрузить
пластины в раствор.
Затем присоединить к
ним звонок и показать,
что аккумулятор сам
стал источником тока.
Звон будет наблюдаться
в течение нескольких
десятков секунд и за-
тем постепенно прекра-
тится, указывая тем
самым, что аккумулятор
разрядился (рис. 317, II).
Зарядив аккумулятор ещё раз, продемонстрировать то же яв-
ление, пользуясь вместо звонка лампочкой от карманного фона-
рика.
10. Опыт VII. Электролиз растворов солей металлов.
Приборы и материалы: 1) U-образная трубка с уголь-
ными электродами (рис. 312). 2) Лабораторный штатив. 3) Растворы йоди-
стого калия или натрия и фенолфталеина. 4) Источник тока в 6—12 V.
5) Просвечивающий экран (рис. 57).
Опыт служит для демонстрации электролиза металлических
солей. Наиболее эффектным является электролиз солей Ki и
В методических целях зарядку лучше всего производить сильным
током от мотор-генератора (умформера) или выпрямителя через лампочку
в 50—100 W (реостат); тогда удаётся на аноде получить весьма интенсивный
налёт из перекиси.
Рис. 317. Установка для демонстрации за-
рядки (I) и разрядки (II) аккумулятора.
§ 44, И; § 45, 1
315
NaJ1), причём иод обнаруживается интенсивным жёлтобурым
окрашиванием* 2), а едкие щёлочи —реакцией с фенолфталеином
(яркокрасный цвет) (см. т. I, рис. 205).
1) Приготовить раствор KJ или NaJ, добавить несколько ка-
пель раствора фенолфталеина и налить в U-образную трубку.
Трубку закрепить на подставке или в лабораторном штативе и
поместить на фоне просвечивающего экрана.
2) Опустить в трубку угольные электроды и присоединить к
ним источник тока в 6—12 V. Наблюдать возникновение жёл-
той окраски в одной трубке (анод)и красной — в другой(катод).
3) Сравнить видимость опыта при просвечивающем экране
и без него.
11. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить опыты, согласно программе 7 класса. Определить их целе-
вую установку. Сделать зарисовки.
2) Можно ли для определения полюсов использовать серную кислоту
вместо раствора поваренной соли для получения реакции с фенолфталеином?
3) Можно ли взять раствор поваренной соли для определения полюсов
по выделению водорода на катоде (рис. 313)? Сравнить эту демонстрацию
с другой, показанной в т. I на рисунке 204.
4) Каким существенным недостатком в методическом отношении обла-
дает демонстрация: «гальванический элемент»?
5) Можно ли при опытах по действию аккумулятора и по электролизу
растворов солей пользоваться переменным током (см. § 51, 2 и рис. 406)?
6) При всяком ли малом напряжении (например, в 1 V) будет происхо-
дить электролиз CuS04, H2SO4 и зарядка аккумулятора?
7) Как сказывается на опытах по электролизу увеличение напряжения
источника тока?
8) Какие преимущества и недостатки имеет демонстрация сатурнова
дерева (§ 23, 3 и рис. 144) по сравнению с электролизом CuSO4?
§ 45. Измерительные приборы. Законы электрического тока.
Методические указания — см. т. I, §§ 95—98.
Изготовление приборов — см. т. III, § 44.
Рисунки по теме — см, т. IV, §§ 61 и 62 и рис. 264—270.
1. Методические замечания. Обычно считают, что количество
демонстраций по данной теме невелико и что этот раздел курса
электричества наиболее беден по числу опытов. Указывают, что
опыты служат в основном для установления количественных от-
ношений между электрическими величинами. Из числа же всех
закономерностей (сопротивление, закон Ома для участка цепи,
мощность и работа тока, закон Джоуля-Ленца, демонстрации с
установлением количественных отношений) находят рациональ-
х) Приобретаются в аптеке без рецепта врача.
2) Иногда рекомендуют применение индикатора (крахмал или клейстер),
дающего тёмносинее окрашивание. Однако, учащимся легче узнать о вы-
делении иода по желтобурому цвету, чем по синему окрашиванию крах-
мала.
316
$ 7
пым проводить опыты лишь для двух: законы сопротивления и за-
кон Ома. Демонстрация «мощность и работа тока», равно как
«измерение сопротивления вольтметром и амперметром», ничего
нового по своей технике не заключает — по сравнению с опыта-
ми на закон Ома для участка цепи.
Действительно, во всех трёх случаях: закон Ома, измерения
сопротивления и мощности, собираются совершенно одинаковые
электрические цепи и производятся одни и те же отсчёты напря-
жения на участке и силы тока. Считается также, что проводить
демонстрацию закона Джоуля-Ленца тоже нерационально, так
как опыт занимает сравнительно длительное время (5—8 мин.)
и сводится к взвешиванию самим учителем жидкости в калори-
метре, а также к отсчёту начальной и конечной температур;
учащиеся могут произвести отсчёты лишь силы тока и вре-
мени.
Эта точка зрения приводится и рассматривается здесь, так
как она установилась в практике некоторых школ. Однако, она
является совершенно неверной. Наоборот — количество необ-
ходимых демонстраций по данной, весьма трудной для учащихся
теме должно быть доведено до максимума в целях иллюстрации
буквально каждого из введённых положений или закономерно-
стей.
Действительно, большинство опытов на закон электрическо-
го тока единообразны по своей технике, и применяемые установ-
ки в нескольких Случаях точно повторяют друг друга. Однако, во
всех случаях, несмотря даже на полное единообразие в технике,
цели демонстрации являются всегда различными, а иногда и сами
объекты, участвующие в измерениях, неодинаковы (реостат, про-
волочное сопротивление, лампочка, моторчик и т. п.).
Цель опытов на законы электрического тока заключается во-
все не в проверке, а тем более в установлении этих законов, так
как это безусловно нельзя сделать на основании весьма несовер-
шенных измерений. В самом деле, получаемые числовые данные
лишь в некоторой мере будут соответствовать количественным
взаимоотношениям, выраженным в законах. Цель демонстраций
состоит в раскрытии при помощи опытов понятий о напряжении,
силе тока и сопротивлении и в ознакомлении с методами установ-
ления зависимости между этими величинами.
В методическом отношении было бы совершенно неправиль-
но ограничиться проведением демонстраций измерительного ха-
рактера. Необходимо к каждому из законов дать ряд опытов ввод-
ного характера без установления количественных отношений,
но указывающих на существование зависимости между величи-
нами. Без этих вводных опытов одни демонстрации измеритель-
ного характера не могут привести учащихся ни к чему другому,
как к формальному усвоению количественной связи между вели-
чинами, т. е. к заучиванию тех или иных формул.
г 45, 2
317
Как показывает практика, нельзя ограничиваться при изу-
чении этого важнейшего отдела учения об электричестве одними
демонстрациями, безусловно необходимо поставить и провести
несколько лабораторных работ (§ 68, 4—5).
Преподаватель должен иметь в виду, что чем ближе результа-
ты его измерений будут соответствовать количественным зависи-
мостям, выраженным в законах, тем в более выгодном положе-
нии он окажется. Отсюда вытекает необходимость тщательного
изучения технических условий для получения хороших резуль-
татов.
Своей основной целью данная работа ставит обучение студен-
та технике применения измерительных приборов: амперметра и
вольтметра (рис. 112 и ИЗ), при демонстрациях на законы электри-
ческого тока, но не решает методических вопросов в целом.
Ввиду важности владения навыками обращения с гальва-
нометром, ниже приведены соответствующие сведения и характер-
ные опыты с получением токов от термо- и фотоэлементов.
2. Обзор опытов по теме: «Сила тока». 1) Амперметр
демонстрируется без рассмотрения его устройства, которое раз-
бирается позднее при изучении тепловых действий тока (§ 46, 2)
и электромагнетизма (§ 48, 2). При прохождении данной темы
нужно показать, хотя бы с внешней стороны.различные типы ам-
перметров: лабораторный (рис. 112); демонстрационный (рис. ИЗ);
технический (рис. 111) и т. п., и ознакомить с назначением
отметки полюсов на приборах.
О демонстрационном амперметре (рис. ИЗ и 114) и правилах
его включения — см. § 15, 12 и раздел 6.
2) Включение амперметра демонстрируют, при-
соединяя его последовательно с каким-либо прибором (лампочкой,
моторчиком и т. п.) к двум-трём элементам или аккумуляторам.
При этом обращается внимание учащихся на то, что при пере-
мене местами проводов у клемм источника тока изменяется направ-
ление отклонения стрелки демонстрационного амперметра на
обратное и что это явление может быть использовано для уста-
новления и определения направления тока.
3) Понятие о градуировке амперметра вво-
дится на основе демонстрации выделения меди в электролити-
ческой ванне с раствором сернокислой меди (§ 44, 7). Определён-
ный ток устанавливают посредством реостата и измеряют силу
тока амперметром (рис. 318). Взвешивание осадка производить
нет необходимости; достаточно рассмотреть числовой пример с
выделением серебра.
4) Постоянство силы тока в неразветвлённой цепи
показывают, включив два амперметра А и Ар один —до какого-
нибудь прибора С (лампочки) и другой —после него (рис. 319,1).
Весьма желательно по этому вопросу провести лабораторную
работу (§ 68, 4).
318
J 45, 3
5) Правила Кирхгофа демонстрируются при по-
мощи цепи, составленной из двух лампочек (желательноразлич-
ной мощности), соединённых между собой параллельно. Ампер-
Рис. 318. Схема для демонстрации градуировки амперметра.
метр (А1 и А2) включают сначала в разветвления и затем в общий
провод (Лч или Л4) и показывают, что 1 = 1} Ч (Рис- 319, II).
Установление этой зависимости позволит выяснить назначение
шунтов у демонстрационного амперметра (§ 15, И и рис. 114).
Рис. 319. Схема демонстрации постоянства силы тока и закона К ирхгофа.
II
Весьма желательно при проведении лабораторной работы с
амперметром предложить учащимся, повторяя демонстрации, осу-
ществить такие же измерения.
3. Обзор опытов по теме: «Сопротивление». 1) Законы
сопротивления металлических проводников демон-
£ 45, 4
319
стрируются при помощи амперметра, подключаемого к проводам
из различных материалов (с одинаковыми сечениями и длиной)
и затем к проводам из одного какого-нибудь материала (обычно из
никелина), но различного сечения. Подобные проводники натя-
гиваются на доске, как показано на рисунке 320 (о постановке
этого опыта — см. раздел 9).
2) Р е о ст а т ы. Из различного типа реостатов, описанных
в § 43, в классе демонстрируются реостат с движком (рис. 306) и
с переключателем (рис. 307). Демонстрацию следует проводить,
составляя цепь последовательно из реостата, лампочки, демонст-
рационного амперметра и батареи или сети освещения (о расчёте —
см. § 43, 3), с тем, чтобы показать по накалу лампы и по ампермет-
ру, как реостат изменяет силу тока.
Рис. 320. Устройство прибора для изучения сопротивления проводов.
Рационально провести также демонстрацию изменения чис-
ла оборотов электромотора посредством реостата (§ 49, 9 п
рис. 385).
Показывать катушки и магазины сопротивления особой надоб-
ности нет.
При внеклассных занятиях важно познакомить с устройством
реостатов — водяного (рис. 309) и лампового (рис. 308), что мо-
жет иметь для учащихся практическое значение в бытовых усло-
виях.
Для вечеров занимательной физики интересен опыт с изме-
нением сопротивления проводника при его подогревании, в резуль-
тате чего последовательно включённая с ним лампочка гаснет
(см. Ф. Э., т. Ill, § 14, 3). Увлекателен и в то же время прост для
осуществления опыт с ионной проводимостью стекла (рис. 321 и
см. Ф. Э., т. III, § 14, 8).
4. Обзор опытов по теме: «Напряжение. Закон Ома». 1) Вол ьт-
м е т р, так же как и амперметр, демонстрируют без рассмотре-
ния его устройства. Однако при этом показывают, что для
превращения гальванометра в вольтметр нужно присоединить
320
S 45, 4
последовательно добавочное сопротивление (§ 15, 12 и рис. 114).
Следует продемонстрировать различные типы вольтметров: ла-
бораторный (рис. 112); технический (рис. 111); демонстраци-
онный (рис. 113 и 114), а также указать на роль обозначения
полюсов.
2) Напряжение источников тока показы-
вают, присоединяя демонстрационный вольтметр к гальваниче-
скому элементу, аккумулятору, магнитоэлектрической машине
(рис. 394). Весьма важно на опыте показать, что при параллель-
ном соединении элементов на-
пряжение остаётся таким же,
как у одного из них, при после-
довательном — суммируется.
Рис. 321. Стеклянная палочка при накаливании докрасна становится
проводником.
3) Напряжение на различных участках цепи де-
монстрируют, *присоединяя лампочку от карманного фонарика
параллельно к участкам никелинового или железного провод-
ника, включённого в цепь из двух-трёх элементов (рис. 338). При
этом обнаруживают, что чем длиннее участок включённого про-
водника, тем больше на нём напряжение. Важно показать также,
что на участках цепи, имеющих различные сопротивления, на-
пряжение будет тем больше, чем значительней сопротивление
участка. Такая демонстрация описана в § 46, 6.
4) Демонстрация на закон Ома для участ-
ка цепи по своей сущности подобна лабораторной работе, описан-
ной в § 68, 5, и отличается от последней применением демонстраци-
онных приборов — вольтметра и амперметра (см. раздел 10—13).
$ 45, 5
321
Затруднения технического порядка, кстати сказать, сравнитель-
но легко преодолимые, заключаются в подборе подходящего ис-
точника тока и сопротивления.
Много упрощений при демонстрациях вносит применение в
качестве сопротивления реохорда, т. е. никелинового провода,
натянутого вдоль линейки с делением (рис. 322). На концах это-
го провода В установлены клеммы, служащие для включения его
в цепь всего целиком. На линейке имеется также подвижной кон-
такт А с клеммой, служащий для введения в цепь части этого про-
вода. Провод для реохорда подбирается таким, чтобы его сопро-
тивление было равно 10 омам, для чего он берётся соответствующей
длины. На линейке наносят десять равных делений (услов-
Рис. 322. Реохорд.
ных); тогда провод длиной в одно деление станет соответство-
вать сопротивлению в 1 ом. Только при таком именно подборе со-
противления расчёты при демонстрациях будут сильно упрощены.
5) Измерение сопротивления методом заме-
щения требует применения лишь одного амперметра и магазина
сопротивления. Об устройстве магазинов сопротивления — см.
Ф. Э., т. III, § 11, 4.
6) Измерение сопротивления вольтметром
и амперметром по своей технике подобно демонстрации на закон
Ома. При проведении демонстрации рациональнее всего восполь-
зоваться техническими измерительными приборами и измерить
сопротивление электроплитки или чайника1), включённых в цепь
переменного тока на 120 V (рис. 329, II). Тогда демонстрация полу-
чит форму, отличающуюся от опыта «закон Ома», и, главное, рас-
ширит круг знаний учащихся. Кроме демонстрации, необходимо
провести лабораторную работу (§ 68, 4).
5. Обзор опытов по теме: «Мощность тока», 1) Суждение
о мощности на различных участках цепи производится
*) Можно применить вместо плитки мощную лампу, например, от эпи-
диаскопа в 300 W.
21 Е. Н. Горячкин
322
§ 45, a
на основании сравнения тепловых эффектов в цепи, составленной
последовательно из проводов с различным удельным сопроти-
влением (рис. 339 и § 46, 6).
2) Электрический счётчик показывают в дей-
ствии со снятой крышкой, присоединив к нему ламповый рео-
стат (рис. 308). Ввёртывая одну лампу за другой, обращают вни-
мание на увеличение скорости вращения якоря. Об устройстве
счётчика переменного тока —см. Ф. Э., т. V, § 2, 14.
3) Измерение мощности амперметром и вольтмет-
ром рекомендуется проводить, взяв в качестве объекта модель элек-
тромоторчика (рис. 506). Затормаживая пальцем, можно показать
изменение потребляемой мощности, что имеет важное принципиаль-
ное значение. Цепь составляется подобно установке на закон Ома
(рис. 329).
Кроме демонстрации, на ту же тему обязательно проведение
лабораторной работы (§ 68, 4).
6. Применение демонстрационного гальванометра. Об устрой-
стве школьного демонстрационного гальванометра — см. § 15,
12 (рис. ИЗ).
Круг применения гальванометра как такового в семилет-
ней школе невелик и ограничивается несколькими опыта-
ми: в классе — демонстрацией электромагнитной индукции (см.
§ 50, 5), при внеклассных занятиях —показами термо-и фото-
электрических явлений (см. разделы 7 и 8). Но так как гальвано-
метр является универсальным, превращаясь при добавлении к
нему шунта или сопротивления соответственно в амперметр или
вольтметр, то его употребляют при демонстрациях для всех из-
мерений силы тока и напряжения.
Этими же приборами преподаватель обычно пользуется для
различных измерений, нужных в процессе подготовки опытов
и т. п.
При пользовании гальванометром надо прежде всего иметь в
виду следующее:
1) Согласование направления тока и
отклонения стрелки. Для упрощения определения
полюсов у источников тока, а также с методической целью
(§ 50, 5) важно, чтобы отклонение стрелки гальванометра
было наглядно связано с направлением текущего через
него тока. Это значит, что при отклонении стрелки от
нуля слева направо левая клемма гальванометра должна при-
соединяться к положительному полюсу источника, а правая —к
отрицательному, т. е. ток, текущий через гальванометр как бы
слева направо, вызывает отклонение стрелки тоже слева направо
(рис. 323). В гальванометрах по большей части это правило но
соблюдено, и тогда нужно своими силами произвести раз навсег-
да переключение проводов, ведущих к клеммам, поменяв их мес-
тами.
§ 4», 6
323
2) Правила пользования универсальным
демонстрационным гальванометром. При
использовании гальванометра как такового, а также в ка-
рие. 323. Согласование отклонений гальванометра и тока.
честве амперметра (с шунтом) или вольтметра (с катушкой сопро-
тивления) надо неукоснительно выполнять следующие требо-
вания:
I. Прибор предназначен исключительно для постоянно-
го тока;' включение же его в цепь переменного тока совер-
шенно недопустимо.
II. Использование прибора без шунта или сопротивле-
ния, т. е. в качестве гальванометра, должно ограничивать-
ся случаями, когда напряжение источника тока заведомо рав-
но ничтожным долям вольта: электромагнитная индукция
(§ 50,5); термопара; фотоэлемент (разделы 7 и 8).
III. Если напряжение источника тока точно неизвестно,
но имеется основание предйолагать, что оно не выше несколь-
ких вольт, то к прибору надо включить сопротивление, даю-
щее вольтметр на 10 V (рис. 114), и только после этого произ-
вести присоединение источника тока. Если прибор не даст
отклонения вовсе или оно окажется малым (меньше IV), перей-
21*
324
£ 45, 7
ти к вольтметру на 1 V. Только при ничтожном отклонении
или отсутствии такового допустимо непосредственное присо-
единение гальванометра к источнику тока.
IV. При пользовании прибором, как амперметром, обяза-
тельно должен быть включён шунт. Если ожидаемая сила тока
в цепи неизвестна, то берётся сначала шунт, соответствую-
щий шкале на 10 А, и только после этого возможно поставить
шунт до 1 А, если окажется, что сила тока меньше 7 А.
V. При замене сопротивлений, а тем более шунтов источ-
ник тока необходимо предварительно отключить.
7. Опыт I. Термоток.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный гальвано-
метр. 2) Медная и никелиновая проволоки (I =10—15 см\ d =0,3—0,8 мм).
3) Спички.
Опыт служит для демонстрации термоэлектрического тока.
О термоэлементах и батареях — см. Ф. Э., т. III, § 29 и 31.
1) Взять два проводника из раз-
Рис. 324. Демонстрация
термоэлемента.
личных материалов, один —медный,
другой —железный или никелиновый,
или нихромовый, длиной в 10—15 см
и толщиной в 0,3 — 0,8 мм. Одни кон-
цы двух проводников скрутить между
собой; другие концы, оставшиеся сво-
бодными, присоединить
к клеммам демонстра-
ционного гальваномет-
ра (рис. 324). Эти два
разнородных скручен-
ных концами проводни-
ка образуют между со-
бой термопару.
2) Место скрутки
нагреть на пламени
спички и наблюдать,
что гальванометр даст
отклонение, обнаруживая тем самым возникновение термотока.
3) Судя по отклонению стрелки гальванометра, определить,
какое из веществ образует положительный полюс термоэле-
мента.
§ 45, 8
325
8. Опыт И. Фотоэффект,
Приборы и материалы:!) Селеновый фотоэлемент. 2) Де-
монстрационный гальванометр. 3) Электрическая лампа на 120 V на штати-
ве. 4) Лист картона или фанеры (15 см X 15 см). 5) Штатив.
Опыт служит для демонстрации возникновения электриче-
ского тока в результате действия света на фотоэлектрический эле-
мент. Наиболее подходящими для опыта являются селеновые фото-
элементы с запирающим слоем, так как они не требуют анод-
Рис. 325. Демонстрация фотоэлемента.»
ных батарей и дают сравнительно сильный электрический ток.
Описание устройства и действия таких фотоэлементов —см. Ф.Э.,
т. VI, § 72, 5 и 9.
1) Фотоэлемент укрепить на штативе и присоединить его к
клеммам демонстрационного гальванометра (рис. 325).Закрыть
фотоэлемент кусочком чёрной материи и поставить на расстоя-
нии около метра от него электрическую лампу, укреплённую на
штативе. Во избежание слепящего действия лампы, снабдить её
глубоким колпаком так, чтобы свет шёл только в сторону фото-
элемента.
2) Снять с фотоэлемента чёрную материю и показать, что
стрелка демонстрационного гальванометра отклонилась, обнару-
живая возникновение фотоэлектрического действия.
3) Прикрыть фотоэлемент куском фанеры или картона и демон-
стрировать, что ток возникает только во время освещения фото-
элемента1).
И О применении фотоэлемента, как автоматического реле для пуска
в ход мотора, включения освещения и т. п., — см. Ф. Э., т. VI, § 72, 13.
326
§ 45, 9
9. Опыт III. Зависимость сопротивления от длины, попереч-
ного сечения и вещества проводника.
Приборы и материалы:!) Проволоки с различными сопро-
тивлениями (рис. 320). 2) Реостат с движком на 5—6 омов (рис. 306). 3) Ба-
тарея из 4—5 элементов (рис. 123) или аккумуляторов. 4) Демонстрацион-
ный амперметр с шунтами на 1 А и 10 А. 5) Демонстрационный вольтметр
на 10 V. 6) Провода для соединений.
Опыт служит для обнаружения, что сопротивление зависит
от вещества, длины и поперечного сечения проводника. Попутно
следует произвести измерение сопротивления проводов спосо-
бом вольтметра и амперметра, что не является предметом демон-
страции при первом опыте по вопросу о сопротивлении.
1) Рассчитать по формуле:
сопротивления взятых проводов, принимая удельные сопротивле-
ния для никелина 0,4 и для железа 0,1. Выяснить, каких сил то-
Рис. 326. Демонстрация сравнения сопротивлений проводников.
ка следует ожидать при включении каждого из проводников в
цепь батареи из 4—5 гальванических элементов. На основании вы-
числений определить, какой шунт —до 1 А или до 10 А —надо
взять для амперметра, какое наименьшее число элементов необ-
ходимо, чтобы при включении наиболее тонкого проводника по-
лучить ясно видимое отклонение амперметра (с шунтом до 1 А).
Особо рассмотреть вопрос о включении медного проводника,
чтобы не получить короткого замыкания. При пользовании ак-
кумуляторами необходимо включение реостата R с движком (на
5—6 омов) (рис. 306) последовательно с медным проводником.
45, 10
327
2) Измерить силу тока, текущего через каждый из проводни-
ков (различные материалы, но одинаковые сечения и длины и раз-
личные сечения, но одинаковые материалы). Для этого последо-
вательно с каждым из них включать амперметр до 1 А (для ме-
ди до 10 А) (рис. 326). При этих же опытах, включая параллель-
но проводникам вольтметр, измерить напряжение на их концах.
3) На основании полученных сил токов вывести заключение
о зависимости сопротивления от вещества и поперечного сечения
проводников. Вычислить сопротивления их.
4) Продемонстрировать зависимость сопротивления от длины
проводника, присоединив один провод от батареи к его концу, а
другой смещая вдоль проводника (рис. 322) и тем самым удлиняя
или укорачивая включённый участок.
5) Проверить, насколько обеспечивается видимость; применить
подставки для приборов.
Рис. 327. Схема демонстрации зави-
симости силы тока от напряжения с
реохордом.
10. Опыт IV. Зависимость силы тока от напряжения.
Приборы и материалы: 1) Реохорд (рис. 322). 2) Демон-
страционные — амперметр на 1 А и вольтметр на 10 V. 3) Три-четыре галь-
ванических элемента типа МВД или сухих (рис. 123). 4) Два-три кислот-
ных (рис. 117) или три-четыре щелочных (рис. 118) аккумулятора. 5) Провода
для соединений.
Опыт служит для демонстрации той части закона Ома, кото-
рая устанавливает количественную зависимость силы тока от
напряжения при постоян-
ном сопротивлении.
Своей же основной целью
опыт имеет выяснить, какие
источники тока являются
наиболее подходящими для
получения числовых дан-
ных, позволяющих заклю-
чить о прямой пропорцио-
нальности между током и
напряжением. В качестве со-
противления выгоднее всего
взять реохорд (рис. 322),
указания о конструкции кото-
рого приведены в разделе 4.
1) Собрать цепь, показанную
источника тока сначала сухие
вода присоединить к одному из
и к подвижному контакту С.
2) Включить сначала один элемент и, передвигая контакт,
получить такой ток через проводник, который вызывал бы за-
метное отклонение стрелки амперметра (например, 0,1 А). Вольт-
метр присоединить к клеммам элемента и измерить напряжение.
на рисунке 327, взяв в качестве
гальванические элементы. Про-
концов проводника В реохорда
328
£ 45, 11
Включить два элемента, не изменяя взятого сопротивления, и из-
мерить ток и напряжение. Повторить опыт для трёх, а затем четы-
рёх элементов.
3) Выяснить, насколько полученные величины позволяют
заключить о прямой пропорциональности силы тока и напряже-
ния. Принять в соображение влияние внутреннего сопротивления.
4) Проделать подобные же опыты, взяв аккумуляторы и подо-
брав для одного включённого аккумулятора ток, равный, при-
мерно, 0,1—0,05 А. Выяснить, насколько результаты измерений
согласуются с законом Ома относительно зависимости силы то-
ка от напряжения.
5) Сравнить между собой результаты опытов, полученные с
гальваническими элементами и с аккумуляторами, с целью выяс-
нить, какие источники тока являются наиболее подходящими для
установления количественного отношения между силой тока и
напряжением.
6) Проверить, насколько обеспечивается видимость демонст-
рации; применить для приборов подставки.
11. Опыт V. Зависимость падения напряжения от сопротив-
ления при неизменном токе.
Приборы и материалы: 1) Реохорд (рис. 322). 2) Демон-
страционные— вольтметр на 10 V и на 1 V и амперметр до 1 А. 3) Три-че-
тыре гальванических элемента. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для обнаружения количественных отношений
между сопротивлением участка
при постоянной сил
е
Рис. 328. Схема демонстрации зави-
симости падения напряжения от со-
противления.
и падением напряжения на нём
тока.
1) Собрать схему, показан-
ную па рисунке 328, присо-
единить весь провод BD реохор-
да через амперметр к трём-че-
тырём гальваническим элемен-
там. Взять такое количество
элементов, чтобы в цепи шёл
ток, при котором амперметр до
1 А давал бы заметное откло-
нение (0,1 А—0,05 А).
2) Вольтметр приключить к
одному из концов В провода
реохорда и к подвижному кон-
такту С.
3) Произвести измерение падения напряжения в проводе рео-
хорда сначала для всей его длины, затем для 0,9; 0,8; 0,7; ... 0,1
этой величины, устанавливая для этого подвижной контакт соот-
ветствующим образом при помощи делений шкалы.
4) Пользуясь полученными при измерениях данными и счи-
тая сопротивления соответственно равными: 10; 9; 8 и т. д. пре-
§ 45, 12—13
329
извольным единицам, установить, насколько по этим величинам
можно заключить о прямой пропорциональности между сопро-
тивлением и падением напряжения.
5) Проверить, насколько обеспечивается видимость демонст-
рации; применить подставки для приборов.
12. Опыт VI. Зависимость силы тока от сопротивления при
постоянном напряжении.
Приборы и материалы: 1) Реохорд (рис. 322). 2) Демон-
страционные вольтметр на 10 V и амперметр до 1 А. 3) Три-четыре гальвани-
ческих элемента и два-три аккумулятора. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для установления количественных отношений
между силой тока и сопротивлением при постоянном
напряжении.
1) Собрать установку, показанную на рисунке 327, включив
батарею и амперметр к одному из концов В провода реохорда и к
подвижному контакту С. Вольтметр присоединить к клеммам
батареи.
2) Напряжение батареи подобрать таким, чтобы при положе-
нии подвижного контакта, включающем в цепь весь провод рео-
хорда, ток вызывал заметное отклонение амперметра (0,1—0,2 А).
3) Передвигая подвижной контакт, брать сопротивления,
соответствующие 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; ... и т. д. длины всего провода
реохорда, и производить отсчёт по амперметру. Опыт произво-
дить только до тех пор, пока показания вольтметра остаются неиз-
менными.
4) Повторить такой же опыт, взяв вместо гальванических эле-
ментов аккумуляторы.
5) На основании полученных при измерениях данных выяснить,
насколько эти данные позволяют судить об обратной пропорцио-
нальности между силой тока и сопротивлением и какие источни-
ки тока являются для опыта наиболее подходящими.
6. Проследить, насколько обеспечивается видимость демон-
страции; применить подставки для приборов.
13. Опыт VII. Закон Ома.
Приборы и материалы.!) Реохорд (рис. 322). 2) Демон-
страционные вольтметр на 10 V и на 1 V и амперметр до 1 А. 3) Три-четыре
гальванических элемента. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для установления количественных отношений
между величинами тока, напряжения и сопротивления на участ-
ке цепи.
1) Собрать установку, подобную изображённой на рисунке
327, с той разницей, что вольтметр присоединить параллельно
включаемому участку ВС реохорда (рис. 329, I); практическое
осуществление установки представлено на рисунке 329, II.
330
£ 45, 14
2) Изменяя посредством подвижного контакта сопротивление,
тока и сопротивления.
3) Уменьшить и затем
увеличить напряжение ба-
тареи и повторить такие же
измерения.
4) Выяснить, насколько
полученные результаты по-
зволяют судить о существо-
вании зависимости, выра-
жаемой законом Ома.
14. Вопросы к отчёту
студента:
1) Наметить демонстрации по
теме для 7 класса. Определить
производить отсчёты напряжения,
Рис. 329, I. Схема демонстрации зави-
симости между напряжением, силой
тока и сопротивлением (закон О м а).
их целевую установку. Сделать зарисовки опытов в тетрадях.
2) Какой эффект вызовет не нагревание, а охлаждение спая (скрутки)
термоэлемента (рис. 324)?
3) Имеется ли надобность производить опыт с фотоэлементом в затем-
нённом помещении (рис. 325)?
Рис- 329. II. Измерение сопротивления электроплитки.
4) Зависит ли напряжение у гальванических элементов и аккумуля-
торов одинакового типа от их размеров?
5) Можно ли соединять параллельно: элементы сухой (рис. 123) и Гре-
не (рис. 122) или аккумуляторы щелочной (рис. 118) и кислотный (рис. 117)?
6) Можно ли в опыте, выясняющем зависимость сопротивления от веще-
ства и размеров проводника, пользоваться амперметром, дающим неверные
показания (рис. 326)?
7) Почему на реохорде (рис. 322) деления могут быть взяты любые, а
не соответствующие метрическим мерам?
$ 46, 1—2
331
8) Почему именно при демонстрациях на закон Ома в качестве сопро-
тивления берётся реохорд, а не магазин сопротивлений или другое какое-
нибудь сопротивление?
9) Как сказывается на успехе опытов величина внутреннего сопротив-
ления источников тока при демонстрациях на закон Ома?
§ 46. Тепловые действия тока.
Методические указания — см. т. I, § 99.
Изготовление приборов — см. т. III, § 45.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 63 и рис. 271—278.
1. Методические замечания. Если не считать демонстрации
вольтовой дуги, то остальные опыты по данной теме единообраз-
ны по технике своего выполнения и сводятся к накаливанию
током проводников. Это сравнительно легко осуществить от
нескольких элементов Грене или аккумуляторов и совсем просто —
от сети освещения.
Кроме этих опытов, надо показать различные типы нагре-
вательных приборов (рис. 130), электропечей (рис. 266) и т. п.
Наконец, изучается электрическое освещение, именно устрой-
ство электрических лампочек и предохранителей.
Количество интересных для учащихся вопросов, которые мо-
гут быть рассмотрены на внеклассных занятиях по физике, весь-
ма значительно. Важнейшим из них является изучение устрой-
ства осветительной проводки и сообщение элементарных навы-
ков по её монтажу, что имеет важнейшее практическое значение
для учащихся. Методика проведения такого кружка изложена в
книге Горячкина «Как рассчитать и сделать электрическую про-
водку»; там же подробно описана техника электромонтажного
дела. Практически важной для кружковой работы является так-
же тема: «Нагревательные приборы»; во время этих занятий уча-
щиеся знакомятся с изготовлением простейших нагревательных
приборов и ремонтом электроплиток.
Большой интерес для изучения представляет собой вопрос о
вольтовой дуге и её применении в технике (окисление азота, свар-
ка, дуговая печь) (см. Ф. Э., т. IV, § 21, 5; т. III, § 27, 6 и
§ 28 , 4). Для вечеров занимательной физики настоятельно рекомен-
дуются поражающие учащихся демонстрации электропечей с уголь-
ными зёрнами, с водным раствором соды и индукционной электро-
печи (см. Ф. Э., т. III, § 28, 5 и 6 и т. V, § 4, 10). В настоящую
работу включены также опыты, не имеющие отношения к данной
теме, но подобные по технике своего осуществления, именно: удли-
нение проволоки при нагревании (§ 36, 2) и падение напряже-
ния в электрической цепи. Эта последняя демонстрация прово-
дится в классе при изучении закона Ома (§ 45, 4).
2. Обзор опытов по теме: «Зависимость нагревания от силы
тока и сопротивления». 1) Нагревание проводника
332
£ 46, 3
показывают, пропуская через него ток. Увеличивая постепенно
ток, о чём судят по амперметру, доводят провод до красного ка-
ления (см. раздел 5).
2) Зависимость нагревания от сопроти-
вления демонстрируют при помощи цепочки из прово-
дов с различными удельными сопротивлениями (см. раздел 6).
3) Закон Джоуля-Ленца — см. § 68, 1.
Рис. 330. Модель теплового амперметра.
3. Обзор опытов по теме: «Применение тепловых действий
тока». 1) Модель теплового амперметра не-
трудно создать своими силами. Простейшая из них состоит из длин-
ного провода АВ, нагреваемого током. Этот провод на одном кон-
це укреплён неподвижно, а на другом соединён с рычагом С (2-го
рода), оттягиваемым пружиной D (рис. 330).
Другая модель, более сложная по своему устройству (см. т. I,
рис. 211, II), знакомит с конструкцией теплового измерительного
прибора (описание устройства этих моделей —см. т. Ill, § 45 и
Ф. Э., т. Ill, § 23, 4 и 5). Здесь же уместно продемонстрировать
тепловые амперметр и вольтметр, выпускаемые Главучтехпромом
(§ 15, И и рис. 110).
2) Плавкий предохранитель. Действие плавко-
го предохранителя показывают, сжигая током тонкий медный про-
вод, натянутый между двумя клеммами, укреплёнными на до-
щечке (рис. 331). Медные провода толщиной в 0,2 мм, 0,15 мм и
0,1 мм плавятся соответственно при токах силой около 5,8 А, 5,3 А
и 2,8 А. Указания о силе токов, плавящих проволоку различ-
ных сечений из меди, железа, никелина и др., —см. Ф. Э., т.
III. § 1, 2, таблица 5.
Этот опыт сжигания проволоки током может быть использо-
5 46, з
333
ван также как демонстрация действия электрических запалов,
применяемых в военном деле. Для повышения эффекта рекомен-
дуете; я на проволоку, сжигаемую током, заранее насыпаль ма-
ленькую щепоточку чёрного охотничьего пороха, дающего вспы-
шку с клубом дыма. Надо показать также технические плавкие
предохрани юли: пластинчатые, трубчатые (рис. 27 и 28) и про-
Рис. 331. Демонстрация действия плавкого предохранителя.
бочные (см. т. I, рис. 215). Описание их устройства — см.
Ф. Э., т. Ill, § 25, 1.
3) Нагревательные приборы. Демонстрируются
наиболее типичные из бытовых нагревательных приборов, именно:
нагреватель «ми-
нутка» для кипяче-
ния воды в любом
сосуде (рис. 131);
электрическийчай-
ник или кастрюля
и их нагреватель-
ный элемент (рис.
332); плигка (рис.
130, I) и отража-
тельная печь (рис.
266). Описание
их — см. Ф. Э.,
т. Ill, § 28, 1
и 3.
Нихром
Рис. 332. Нагревательный элемент от электри-
ческого чайника.
4) Э л е к т р и-
ческие лампочки и освещение. Необходимо проде-
монстрировать различные типы лампочек, накаливая их: обычную
осветительную (рис. 71, I), биспиральную и мощную кинопроек-
334
$ 46, 4
ционную(рис. 71, III). При этом важно, согласно указаниям, дан-
ным в § 13, 13, спроектировать посредством линзы или объек-
тива волосок лампочки на экран, чтобы показать, что он скручен
одинарной, а то и двойной спиралью.
Крайне желательно достать также для демонстрации лам-
почку с угольным волоском. Описание типов ламп, их свето-
вые и электрические характеристики —см. Ф. Э., т. III, §26,
1—3.
Вполне уместно показать свечение неоновой лампочки (рис. 333)
(см. Ф. Э., т. IV, § 27, 1), характеризуя её как первую по-
пытку использования в технике
лей освещения, приведшей в
настоящее время к изобретению
мощных газосветных .ламп —
аргоновые и неоновые трубки
(рис. 334); натриевые (рис. 335
явления свечения газов для це-
Рис. 334. Неоновая газосветная
трубка от рекламной вывески.
Рис. 333. Неоновые лампы I—элек-
троды состоят из двух спиралеобраз-
ных проволок. II — электроды пла-
стинчатые в виде букв.
и 336) и ртутные (рис. 337), лампы дневного света с люминесци-
рующими веществами. Во всех газосветных лампах свечение воз-
никает отнюдь не в результате теплового эффекта, но вследствие
явления люминесценции.
4. Вольтова дуга. 1) Лампы для вольтовой ду-
ги. Лампы, или регуляторы, для вольтовой дуги представляют*
собой приспособления, служащие для сближения углей до со-
прикосновения и затем для раздвигания их на некоторое опре-
делённое расстояние. Наибольшего внимания заслуживает регу-
лятор постоянного тока, показанный на рисунке 341. Устройство
$ 4G, 4
335
регулятора у проекционной оптической скамьи описано в § 13,5
(рис. 70).
2) Включение вольтовой дуги. Дуга при на-
пряжениях (переменного или постоянного тока), меньших 30 V,
гореть не будет. Наиболее просто питать маленькую дугу от сети
освещения через проволочный реостат, в качестве которого про-
ще всего использовать электроплитку или спираль от неё. Много
экономнее пользоваться (при переменном токе) трансформато-
ром (см. § 51, 3), но и в этом случае необходим «успокоительный»
Рис. 335. Натриевая лампа.
А и В — стеклянные оболочки,
образующие «дьюаров сосуд».
Рис. 336. Натриевая лампа в
разобранном виде.
С — трубка, где происходит ионный
разряд.
реостат (на 2—3 ома), иначе дуга спокойно гореть не будет. Для
кратковременной демонстрации дуги можно пользоваться водя-
ным реостатом (см. раздел 7)ч
4) Демонстрация вольтовой дуги состоит
из опыта, описанного в разделе 7, и проектирования её на экран
(§ 55, 5)
5. Сварка и паяние вольтовой дуги — см. Ф. Э., т. III.
§ 27, 6,7).
6) Окисление азота — см. Ф. Э., т. IV, § 21, 5.
336
§ 4G, 5
Рис. 337. Ртутная лампа.
А — вспомогательный электрод, вызывающий ионный разряд в аргоне, что нужно для
зажигания лампы; В и С — электроды, между которыми происходит разряд; Е — на-
ружный стеклянный баллон для теплозащиты ртутной лампы D; R — ограничивающее
ток сопротивление
5. Опыт I. Накаливание током проводника.
Приборы и материалы: 1) Никелиновый или нихромовый
провод (d =0,3—0,5 мм). 2) Два лабораторных штатива. 3) Водяной реостат
(рис. 309). 4) Амперметр переменного тока до 10 А (рис. ПО). 5) Два элемен-
та Грене. 6) Бумага. 7) Ножницы. 8) Панель с двумя клеммами. 9) Медный
провод (d = 0,1—0,15 мм). 10) Провода для соединений.
Опыты служат для демонстраций: нагревание током провода,
действие предохранителя и также, попутно, удлинение провода
при его нагревании.
1) Взять спираль для плитки (рис. 130) и отрезать от неё при-
мерно одну четверть. Оставшуюся часть распрямить 1) и подве-
сить между лапками двух штативов, подобно установке, показан-
ной на рисунке 339. Последовательно с этим проводом включить во-
дяной реостат (§ 43, 5 и рис. 309) и амперметр переменного тока
до 10 А (рис. 110).
2) Подвесить на провод «гусарики» из полосок бумаги (§ И, 3,
и рис. 42, I).
3) Присоединить цепь к сети на 120 V, сделав сопротивление
водяного реостата наибольшим.
4) Постепенно увеличивать ток до получения ясно заметного
провеса провода. Выяснять, насколько обеспечивается видимость
на расстоянии.
Для упрощения распрямления новую спираль сначала отжечь, нака-
лив её током. Распрямлять, раскручивая виток за витком.
§ 46, 6
337
5) Ещё увеличить ток, и, наконец, получить накаливание про-
вода докрасна.
6) Между клеммами на панельке натянуть медный провод тол-
щиной не более 0,15 мм (лучше 0,1 мм) и включить его в сеть осве-
щения через водяной реостат и амперметр (рис. 331). Увеличивая
ток, определить, при какой его силе сгорит этот провод, изобра-
жающий плавкий предохранитель.
7) Взять 3—4 см нихромовой или никелиновой проволоки
(d =0,2—0,Зжж) и скрутить её на карандаше в виде плотной спи-
рали. Концы спирали присоединить возможно более надёжно к
толстым медным проводам (от шнура освещения в 1,5—2,5 мм* 2).
Свободные концы этих проводов плотно зажать под клеммы эле-
мента Грене1). Опустить цинк в электролит на короткое время.
Если нихромовый проводник не раскалится, проделать опыт
вновь, взяв два элемента Грене и соединив их сначала параллель-
но, а затем последовательно. Результаты сравнить.
6. Опыт II. Зависимость количества выделяемой теплоты от
сопротивления.
Приборы и материалы:!) Проволока—медная, никелиновая и же-
лезная (d = 0,2—0,5 мм; I = 30—40 см). 2) Водяной реостат. 3) Два лаборатор-
ных штатива. 4) Батарея элементов или аккумуляторов на 6—8 V. 5) Ключ
(рис. 489). 6) Три лампочки от карманного фонарика с патронами. 7) Демон-
страционный вольтметр до 10 V (рис. ИЗ). 8) Штангенциркуль или винтовой
микрометр. 9) Провода для соединений.
Опыт служит для обнаружения, что количество выделяемой
током теплоты зависит от сопротивления провода.
Попутно здесь же ставится опыт, показывающий, что падение
напряжения на различных участках цепи определяется сопро-
тивлением этих участков (закон Ома, § 45, 11).
1) Подобрать железную2) и никелиновую проволоки одинако-
вого диаметра (не толще 0,5 мм) и примерно такой же толщины
медную3). Провода разрезать на куски цриблизйтельнб одинако-
вой длины (/ = 15—20 см). Скрутив их концы, составить цепочку
из трёх звеньев: медь, железо, никелин. Подвесить цепочку го-
ризонтально между лабораторными штативами.
2) Присоединить к цепочке через ключ батарею наб—8V. При-
соединяя демонстрационный вольтметр до 10 V сначала к мед-
ному, затехМ железному и, наконец, к никелиновому звену,
измерить напряжения на участках и сравнить найденные вели-
чины.
г) Элемент должен иметь свежую жидкость.
2) Взять стальную проволоку (струну); для придания ей мягкости от-
жечь на пламени спиртовки.
2) В крайнем случае железо можно взять немного толще, но не наобо-
рот.
22 Е. н. Горячкин
338
§ 46, 6
3) Подвесить, как показано на рисунке 338, три лампочки от
карманного фонарика. Сравнить получаемый накал лампочек.
4) Проверить, как обеспечивается видимость в обоих опытах
Рис. 338. Демонстрация падения напряжения на различных участках цепи
с лампочками.
(пункты 2 и 3). Принять меры к тому, чтобы звенья цепочки ока-
зались видимыми.
5) Удлинить цепочку, прибавив ещё два новых звена (из ме-
ди, железа, никелина), и подвесить её к двум штативам (рис. 339).
Рис. 339. Демонстрация неодинакового выделения теплоты на различных
участках цепочки.
Присоединив водяной реостат, включить цепочку в сеть на 120 V.
Уменьшая сопротивление реостата, получить сильный накал
никелинового провода и слабый железного.
6) Проверить, как обеспечивается видимость опыта. Применить
частичное затемнение помещения.
г 7
339
7. Опыт III. Вольтова дуга.
Приборы и материалы: 1) Лампа для вольтовой дуги (рис. 341
и 70). 2) Два угля толщиной в 6—8 мм. 3) Лабораторный штатив с двумя
лапками. 4) Водяной реостат (рис. 309). 5) Ламповый реостат с лампами
общей мощностью до 1 kW (рис. 308). 6) Оконное стекло (40—50 смХ40 —
—50 см). 7) Керамика со спиралью или плитка (рис. 130). 8) Кусочки асбеста.
9) Амперметр переменного тока до 20—25 А (рис. 110). 10) Провода для со-
единений.
Опыты служат для ознакомления с различными простейшими
способами получения вольтовой дуги от сети освещения на 120 V.
О более надёжном и экономном способе — см. § 43, 5. При ра-
боте с вольтовой дугой совершенно не-
обходимо защищать свои глаза очками с
синими стёклами, во избежание тяжёлого
поражения сетчатки ультрафиолетовыми
лучами. За неимением синих очков мож-
но воспользоваться обычными (с просты-
ми стёклами), употребляемыми слесарями
и токарями, слегка закоптив их стёкла.
1) Взять лампу для вольтовой дуги
АВ и изучить её устройство, выяснив
назначение каждого из её регулирующих
винтов (рис. 70 и 341). На лабораторном
штативе между двумя лапками поместить
два угля, изолировав их асбестом от со-
прикосновения с металлом (рис. 340).
Нижний уголь закрепить наглухо, верх-
ний— настолько, чтобы его можно было
приводить- в соприкосновение с нижним
и отодвигать от него, вытягивая для
этого вверх (под током рукой брать через
сухую тряпку!).
2) Соединить последовательно с воль- <
товой дугой амперметр переменного тока
до 20—25 А и водяной реостат (§ 43, 8
Рис. 340. Использова-
ние штатива для демон-
страции вольтовой дуги.
и рис. 309), вместо
показанного на рисунке 341 реостата с коммутатором.
Размешать брошенную в воду соду (соды взять чайную лож-
ку) и, замкнув угли вольтовой дуги накоротко, прогреть элек-
тролит током до получения тока в 5—6 А при отодвинутых
возможно далее друг от друга пластинах. Надев очки, раздви-
нуть угли на несколько миллиметров и получить дугу. Сдви-
гая пластины реостата, увеличивать ток максимум до 5—6 А.
3) Взять небольшой лист стекла и слегка закоптить его на
коптящем пламени спиртовки со скипидаром. Установить стек-
ло так, чтобы оно защищало «глаза учащихся» от излучений1).
х) Оконное стекло поглощает все ультрафиолетовые лучи; закапчивание
защищает от чересчур сильного слепящего света.
2251
340
§ 46, 8
С расстояния проверить, насколько хорошо видна горящая
вольтова дуга.
4) Заменить водяной реостат ламповым с тремя мощными лам-
пами по 300 W или 500 W (рис. 308); ввернув одну из них,попы-
таться получить дугу. Затем сделать то же при двух и, наконец,
при трёх лампочках.
5) Заменить ламповый реостат спиралью (от электроплитки),
укоротив спираль примерно до 1/21>. Получить дугу, измерить
силу тока. Если ток окажется меньше 3—4 А и дуга станет го-
реть неустойчиво, постепенно укорачивать спираль плитки.
Замечание. Если работа, описанная в § 70, 2, не выпол-
нялась или не будет выполняться, то согласно указаниям, дан-
ным там, спроектировать вольтову дугу на экран и продемонст-
рировать окрашивание её пламени введением солей металлов
(рис. 62), плавление кирпича и т. п.
8. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить опыты по теме для 7 класса. Определить их целевые уста-
новки. Сделать зарисовки опытов в тетради.
2) Как экспериментально найти сопротивление проволоки никелиновой,
железной и др.?
3) Какими простыми расчётами можно выяснить сопротивление всей
или 1 см спирали в плитке (например, для плитки на 120 V и 500 W)?
4) Почему в опыте накаливания провода от гальванических элемен-
тов берётся провод, закрученный спиралью, а не прямой? Какую конструк-
тивную особенность в лампочке можно этим объяснить?
О Спираль сильно нагревается током, почему её следует вложить в ке-
рамику.
§ 47 1
341
5) Можно ли для опыта (рис. 338) воспользоваться аккумуляторами, эле-
ментами МВД и «Геркулес» (рис. 124)?
6) Какое из соединений элементов Грене — параллельное или после-
довательное — оказывается более выгодным для опыта (рис. 338) и при каких
условиях?
7) Почему при составлении цепочки (рис. 339) дано указание, что желез-
ный провод может быть взят немного толще никелинового, но не наоборот?
8) Почему в опыте с цепочкой (рис. 339) рекомендуется брать звенья
длиной в 15—20 см, а не меньше?
9) Почему нельзя зажечь вольтову дугу от преобразователя на 12 V
(рис. 36 и 37)?
10) Почему при описании получения вольтовой дуги даются указания,
чтобы ток не превышал 5—6 А?
11) Какие недостатки водяного реостата особенно сказываются при по-
лучении вольтовой дуги?
12) Можно ли воспользоваться для получения вольтовой дуги реоста-
том с маломощными лампами?
§ 47. Магнетизм.
Методические указания — см. т. I, § 100.
И з го товление приборов — см. т. III, § 46.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 64 и 65 и рис. 279—285.
1. Методические замечания. Опыты по магнетизму в семи-
летней школе не сложны. На основании их вводятся понятия:
о полюсах, о распределении магнетизма, о составлении и делении
магнитов, о магнитной индукции и о магнитном поле. Установи-
лось мнение, что все эти опыты настолько примитивны, что не
требуют никакой предварительной подготовки. Однако, именно
опыты по магнетизму далеко не просто сделать хорошо видимы-
ми для учащихся, что заставляет некоторых преподавателей вза-
мен демонстрационного эксперимента ставить лабораторные ра-
боты. Между тем при соответствующей предварительной подго-
товке можно обеспечить достаточную видимость. Производить
эти опыты надо так, как это описано далее, не внося упрощений,
а тем более не отказываясь от применения штативов, подставок
и пр.
Наиболее же правильно провести демонстрационный экспе-
римент и затем организовать лабораторную работу на ту же те-
му. Более того, весьма полезно, раздав учащимся по магниту, по-
ручить им произвести ещё ряд экспериментов дома.
При проведении данной работы должно быть обращено наи-
большее внимание на обеспечение демонстративности и, в част-
ности, в широкой мере практиковать применение подставок, эк-
ранов и т. п. Основным условием для получения достаточного
эффекта, подразумевая под *Этим наглядность и выразительность
демонстрируемых явлений, является необходимость располагать
возможно более сильно намагниченными магнитами (см. раздел 3).
Крайне желательно достать для опытов магниты из специаль-
ного сплава, обладающие огромной подъёмной силой (сАм. т. I,
рис. 218-220).
342
§ 47, 2
2. Набор по магнетизму. Аппаратура для демонстраций по
магнетизму крайне несложна и поэтому обеспечивается набором
по магнетизму, выпу-
скаемым Главучтехпро-
мом. Этот набор состоит
из нескольких прямых
и U-образных магнитов,
набора больших и ма-
лых магнитных стрелок,
мешочка с опилками,
коробки с ситом, набо-
ра пара- и диамагнит-
ных тел, двух колец —
одного железного и дру-
гого латунного и пр.
(рис. 342). Прежде все-
го следует обратить вни-
мание на правильное
хранение магнитов, во
избежание их размаг-
ничивания. Главучтех-
промом принята стан-
Рис. 342. Набор по магнетизму.
дартная окраска полюсов магнитов, именно северные полюсы
всегда окрашены в синий цвет и южные — в красный. При
хранении U-образные магниты складываются между собой разно-
имёнными полюсами, точно так же укладываются большие
Рис. 343. Основные детали набора.
I— прямые магниты. II— U-образные магниты. III и V — магнитные стрелки.
IV — астатическая система на скобке VI.
§ 47, 3—4
343
Рис. 344. Естественный магнит в
оправе.
Первый способ применяют, когда
стрелки и прямые магниты, соединяемые на концах якорями из
железа. Все U-образные магниты, не имеющие себе пары, совер-
шенно необходимо хранить с железными якорями К (рис. 343, I),
замыкающими полюсы. Этот якорь для превращения его в мяг-
кое железо, не имеющее остаточного магнетизма, следует
нагреть до красного каления и дать ему возможно более медленно
остыть. Проще всего это осуществить, положив брусок в топящую-
ся печь и оставив его там до полного её остывания.
Так как раскраска полюсов является «стандартной» и к та-
кому обозначению надо приучать учащихся, то следует следить
за правильностью её у магнитных стрелок, которые при опытах
могут быть легко перемагни-
чены (рис. 40, II).
Правила хранения и об-
ращения с магнитами — см.
в § 69, 3 и рис. 343.
3. Намагничивание. При-
обретение навыков по на-
магничиванию весьма важно
для преподавателя. Намаг-
ничивание производится дву-
мя способами: а) посредством
соприкосновения намагничи-
ваемого предмета с сильным
стальным магнитом или луч-
ше электромагнитом и б) при
помощи электрического тока,
намагничиваемые предметы относительно невелики по своим раз-
мерам и нет надобности получить особо сильное намагничивание.
О намагничивании, этим способом — см. раздел 5. Дополни-
тельные указания о намагничивании — см. Ф. Э., т. III, § 39, 4
и т. IV, § 6, 13.
При намагничивании током объект располагают внутри ка-
тушки, по которой пропускается возможно более сильный по-
стоянный электрический ток. При этом, чем большее количество
витков имеет катушка, тем лучше (см. т. Ill, § 46).
4. Обзор опытов по теме: «Магнетизм». 1) Естественный
магнит состоит из куска магнитного железняка, укреплённого
между двумя железными пластинками, снабжёнными полюсными
наконечниками (рис. 344). Эта оправа предназначена для того,
чтобы магнит при хранении не размагничивался; для этого его
полюсные наконечники всегда должны быть замкнуты желез-
ным якорем. Если магнитный железняк оказывается размагни-
ченным, то его нетрудно намагнитить, помещая его вместе с
оправой между полюсами сильного электромагнита. При демон-
страциях оправу снимают и показывают притяжение опилок маг
нитным железняком.
344
47, 4
2) Формы искусственных магнитов разно-
образны. Наиболее часто встречающиеся формы приведены на
рисунке 345; из них наиболее интересной является кольцо (VIII),
применяемое в телефонных трубках. Объяснить и показать рас-
положение полюсов у кольца можно, сложив одноимёнными по-
люсами два U-образных магнита (рис. 356, I).
3) Распределение магнетизма показывают
при помощи опилок и затем мелких гвоздей (обойных) или шу-
VII
Рис. 345. Различные формы магнитов.
на части — см. § 69, 4.
магнита—опыт ясен из рисунка 346.
индукция — см. раздел 9.
поле характеризуется в эксперимен-
рупов (рис. 349). Распределение магнетизма демонстрируется так-
же при помощи прямого магнита с подвешенными к нему обой-
ными гвоздями (рис. 350) (см. раздел 6).
4) Полюсы и их взаимодействие наблюда-
ют посредством прямого магнита, подвешенного на стремечке,
или при помощи магнитной стрелки, действуя на их полюсы дру-
гим магнитом (см. раздел 8). Взаимное-ослабление разноимённых
полюсов и равенство полюсов магнита осуществляется на опытах,
изображённых на рисунках 351 и 352.
5) Деление магнита
6) Составление
7) Магнитная
8) Магнитное
тальном отношении двумя способами: расположением магнитных
стрелок и получением магнитных спектров. Вопрос о получении
спектров, закреплении их и демонстрации рассмотрен подробно
в § 24, 8 и § 69, 2 и 5.
Демонстрации с магнитными стрелками заключаются в показе
расположения их в магнитном поле магнита той или иной формы
(см. раздел 10).
§ 47, 5
345
9) Земной магнетизм. Устройство школьного ком-
паса (рис. 504) общеизвестно; применение его для лабораторной
работы описано в § 69, 4. Учащимся следует поручить дома сде-
лать «компас» из намагниченной иголки, положенной на поверх-
ность воды в блюдце. Вопрос о горизонтальной слагающей зем-
ного магнетизма в семилетней школе не рассматривается,
но прибор, известный под названием «простейшийгальваноскоп»
(рис. 357, II), оказывается иногда полезным при опытах по электро-
магнетизму (§ 48, 2).
Рис. 346. Составление магнитов в группы.
Намагничивание стержня (например, стойки от лаборатор-
ного штатива) в земном поле — интересный опыт, проведение
которого рекомендуется при внеклассных занятиях. О технике
такого намагничивания —см. Ф. Э., т. III, § 41, 1 и там же рису-
нок 552.
5. Опыт I. Намагничивание.
Приборы и материалы: 1)' Магниты — U-образный и
два прямых. 2) Объекты для намагничивания — полотно от слесарной ножов-
ки, плоский напильник, ножцицы, лезвия безопасной бритвы, стальные
перья и т. п. 3) Железные опилки. 4) Мелкие гвозди или шурупы. 5) Круг-
лый электромагнит (рис. 365). 6) Три-четыре гальванических элемента или
аккумулятора. 7) Провода для соединений.
Опыты служат для приобретения навыков по намагничива-
нию путём соприкосновения.
346
§ 47, 5
1) Для намагничивания взять какой-либо стальной предмет:
напильник, полотно от слесарной ножовки, вязальную спицу и т. п.
Положить намагничиваемый предмет на стол, и, взяв в ру-
ки прямой магнит, проводить поочерёдно, то одним его полюсом,
то другим, от середины предмета до его конца (рис. 347). При этом
Рис. 347. Намагничивание постоянным магнитом.
Рис. 348. Намагничивание током
небольших стальных предметов
посредством круглого электро-
магнита.
необходимо следить за тем, чтобы движение определённого полю-
са магнита происходило около одного и того же конца намагничи-
ваемого тела, т. е. на левой половине тела следует во всех
случаях проводить, например, южным полюсом, а по правой —
обязательно другим —северным. Удобнее взять два прямых
магнита и проводить одновременно двумя разноимёнными по-
люсами по различным половинам предмета.
2) Для выяснения степени по-
лучаемого намагничивания су-
дить по количеству притягивае-
мых телом опилок, мелких гвоз-
дей или шурупов, для чего время
от времени производить соответ-
ствующие пробы.
3) Сравнить получаемые резуль-
таты, намагничивая лезвие безо-
пасной бритвы, иголку, стальные
перья и т. п. описанным выше
способом и посредством приклады-
вания их к полюсам U-образного
магнита или сложенных «ижицей»
двух прямых магнитов, как бы
в качестве якоря, замыкающего
два разноимённых полюса.
4) Взять круглый электромагнит (рис. 365), присоединить его
через ключ к батарее из трёх-четырёх гальванических элемен-
тов МВД, «Геркулес» или аккумуляторов. Расположив намагни-
чиваемые пёрышки и лезвия, как показано на рисунке 348, два
или три раза включать ток на короткое время. Степень намагни-
чивания испытать с помощью опилок.
§ 47,6
347
6. Опыт И. Распределение магнетизма.
Приборы и материалы:!) Прямой магнит. 2) U-образ-
ный магнит. 3) Железные опилки. 4) Мелкие гвозди или шурупы. 5) Два
штатива. 6) Экраны фона — белый и черный.
Опыт служит для обнаружения, что магнитные полюсы на-
ходятся вблизи концов магнита.
1) Взять прямой хорошо намагничен-
ный магнит и, обсыпав его равномерно
железными опилками или гвоздиками, по-
днять за середину (рис. 349, I). По рас-
пределению удерживаемых магнитом опи-
лок показать, что наибольшая сила при-
тяжения обнаруживается около концов,
являющихся полюсами магнита1).
Рис. 349, I и II. Притяжение магнитами гвоздей и опилок.
2) Продемонстрировать притяжение мелких шурупов или
гвоздей U-образным магнитом. Магнит закрепить в штативе или
подвесить (рис. 349, II).
3) Величину магнитных сил, действующих в различных ча-
стях магнита, продемонстрировать числом обойных гвоздиков,
Рис. 350. Демонстрация распределения магнетизма.
удерживаемых магнитом. Показать, что при подвешивании гвоз-
диков один к другому получится картина, подобная изображён-
ной на рисунке 350.
Сравнить рисунок 349, I с рисунком 219 в т. I.
348
$ 47, 7-8
4) Обратить особое внимание на обеспечение видимости; при-
менить экран фона — белый или чёрный.
7. Опыт Ш. Складывание полюсов.
Приборы и материалы: 1) Намагниченное полотно от но-
жовки (рис. 351) или кусок стальной пружины. 2) Два прямых магнита.
3) Два U образных магнита. 4) Полезные опилки.* 5) Мелкие гвозди
или шурупы. 6) Лабораторный штатив.
Опыты служат для демонстрации, что складывание одно-
имённых полюсов усиливает притяжение же-
лезных предметов, разноимённых —ослабляет.
1) Осуществить опыт, показанный на рисунке
351, с намагниченным полотном от ножовки.
2) В лапках штатива укрепить вертикально
прямой магнит (рис. 352)
и U-образный (рис. 349,
II). Подвесить к ним
возможно больше гвоз-
дей или шурупов. При-
ложить к нижнему
концу прямого маг-
нита разноимённый по-
люс второго магни-
та и показать, что
почти все гвозди отпа-
дут. Сделать то же с
U-образным магнитом,
прикладывая к нему
сзади второй так, чтобы
вместе совпадали разно-
имённые полюсы.
3) Повторить опыт,
складывая вместе одно-
имённые полюсы, что-
бы показать усиление
притяжения.
8. Опыт IV. Взаимодействие полюсов.
Приборы и материалы:!) Магнитная стрелка. 2) Два пря-
мых магнита. 3) Стремечко для подвешивания магнита. 4) Брусок из мягкого
железа. 5) Лабораторный штатив. 6) Экраны фона.
Опыт служит для обнаружения, что одноимённые магнитные
полюсы отталкиваются, разноимённые — притягиваются.
1) К концу магнитной стрелки поднести, отнюдь не прикаса-
ясь к ней, сначала один полюс прямого магнита и затем другой.
$ 47, 9-10
349
Продемонстрировать взаимодействие полюсов. Применить экран
фона.
2) Продемонстрировать то же, взяв подвешенный на стремеч-
ке магнит А (рис. 353). Обратить внимание на подвешивание маг-
нита, чтобы он не задевал при своих поворотах за стойку шта-
тива. Проверить видимость; применить экран фона.
3) В стремечко поместить железный брусок. К его концу под-
нести сначала один полюс магни-
та, затем другой. Подвесить маг-
нит и подносить к его концам
брусок. Сравнить и объяснить ре-
зультаты (см. т. I, рис. 218—220).
Рис. 352. Демонстрация взаимного
ослабления полюсов у прямого маг-
нита.
Рис. 353. Демонстрация взаимодей-
ствия полюсов.
9. Опыт V. Магнитная индукция.
Приборы и материалы: 1) Два прямых магнита. 2) Раз-
личные железные или стальные предметы (ножницы, ключ, лезвие бритвы,
стальные перья и т. п.). 3) Экран фона. 4) Лабораторный штатив.
Опыт служит для демонстрации, что железные и стальные
предметы, приведённые в соприкосновение с магнитом, сами ста-
новятся магнитами.
Составить из различных предметов цепочку, подобную изобра-
жённой на рисунке 354, сложив вместе два магнита для усиле-
ния эффекта.
10. Опыт VI. Исследование магнитного поля посредством стре-
лок.
Приборы и материалы: 1) Магнитные стрелки малые
(рис. 343,V). 2) Прямой магнит. 3) U-образный магнит. 4) Наклонное зер-
кало (рис. 59).
350
$ 47, И; § 48, 1
Опыт служит для демонстрации, что магнитные стрелки рас-
полагаются в поле магнита определённым образом.
Рис. 354.
Демонстра-
ция магнит-
ной индук-
ции.
1) Расположить стрелки, как указано на рисунке
355, I, и затем положить среди них прямой магнит.
Заранее подобрать такое расположение этих стрелок,
чтобы они оказались на наиболее характерных сило-
вых линиях (рис. 355, II).
2) Повторить подобныц опыт для U-образного
магнита.
3) Взять наклонное зеркало и проверить, насколь-
ко с ним обеспечивается видимость.
11. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить опыты по теме для 7 класса и определить
их целевые установки. Сделать зарисовки опытов в тетради.
2) У катушки для намагничивания северный полюс обра-
зуется наверху. Как надо расположить внутри неё для
подмагничивания магниты — несколько прямых и два U-об-
разных?
3) Как расположатся полюсы при складывании прямых
и U-образных магнитов показанными на рисунке 356 спо-
собами?
4) Почему прямые магниты надо хранить обращёнными
друг к другу различными полюсами и притом соединёнными
друг с другом железными брусочками (рис. 342)? Нельзя ли
обойтись без брусочков, положивши магниты плотно один
на другой?
5) Как хранить магнитные стрелки (большие и малые),
чтобы они не размагничивались и чтобы всегда имелась
уверенность в их правильном (т. е. согласно окраске)
намагничивании?
6) Для демонстрации какого закона механики может
служить демонстрация взаимодействия подвешенного желез-
ного бруска и магнита?
§ 48. Электромагнетизм.
Методические указания — см. т. I, § 100.
Изготовление приборов — см. т. И, § 47.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 66 и рис. 286—294.
1. Методические замечания. Опыты по электромагнетизму
могут быть разделены на две основные группы. К одной из них
относятся опыты, требующие применения магнитных стрелок и
железных опилок для изучения конфигурации магнитного поля
вокруг проводника. Такими опытами являются: опыт Эрстеда
(рис. 357) и магнитные поля —прямого тока (рис. 358 и 359),
витка (рис. 360) и соленоида (рис. 361).
Ко второй группе относятся демонстрации различных электро-
магнитных приборов: электромагнита (рис. 362—365), звон-
ка (рис. 375), телеграфа (рис. 366), модели измерительного при-
бора (рис. 380) и телефона (рис. 367—368).
§ 48, 1
351
Получение магнитных спектров вокруг прямого проводника
является делом далеко не простым, так как требует применения
сильного постоянного тока не менее 15 А, что не всегда осущест-
вимо для рядовой семилетней школы. Указанное затруд-
нение можно преодолеть, допустив «натяжку» в методическом от-
Рис. 355, I. Малые магнитные стрелки для демонстрации опыта, показан-
ного на рисунке 355, II.
Рис. 355, II. Демонстрация расположения магнитных стрелок вокруг
прямого магнита.
ношении и применяя приборы, показанные на рисунках 359 и
360, в которых один провод и один виток заменены пучком про-
водов, включённых между собой последовательно. Такие при-
боры требуют для своего питания батареи из двух-трёх элемен-
тов типа Лекланше (рис. 123).
352
$ 4#, 1
Далеко не благополучно обстоит дело с демонстрациями
электромагнитных приборов, так как модели, выпускаемые Глав-
учтехпромом, представляют собой технические, мало пригодные
для объяснений, конструкции (звонок, микрофон, телефонная
трубка), или же с точки зрения демонстративности не выдержи-
Рис. 356. Складывание U-образных магнитов.
вают критики (телеграф, электромагнит). Кроме того, ряд нуж-
ных моделей отсутствует вовсе.
При изучении данной темы весьма желательно проведение
лабораторной работы по электромагнетизму (§ 69, 6).
Интересными темами для внеклассных занятий являются:
телеграф (с изучением азбуки хМорзе) (Ф. Э., т. IV, §6, 6—И);
телефон (Ф. Э., т. V, 16 и 17); различное применение электро-
магнитов (Ф. Э., т. IV, § 6, 1—4), в том числе электромагнитная
$ 48, 2
353
пушка (§ 4, 10); электромоторы (§ 6, 12) и намагничивание током
(§6,13).
2. Обзор опытов по теме: «Магнитное поле тока».1) Опыт
Эрстеда состоит в том, что над стрелкой, ориентированной
по магнитному меридиану, располагают провод, по которому про-
пускают ток от одного или двух гальванических элементов1)
(рис. 357, I). Кроме самого факта отклонения стрелки, показывают,
что направление отклонения определённого полюса стрелки за-
висит от направления тока. Так как опыт не обеспечивает
достаточной видимости, много лучше воспользоваться демонстраци-
ей, описанной в разделе 4. Гораздо хуже проводимая обычно
демонстрация отклонения стрелки D в простейшем гальваноскопе
(рис. 357, 11).
2) Поле прямого тока показывают, натягивая про-
вод А между лапками штатива или укрепив его на деревянной
раме (рис. 358). Примерно на середине провода устраивают пло-
щадку В из картона или фанеры, служащую для получения магнит-
ного спектра или для помещения магнитных стрелок. Провод бе-
рут достаточно толстым (не тоньше 1 мм), чтобы он имел малое
сопротивление и выдерживал ток, который для успеха этого опы-
та должен доходить до 15—30 А. Все соединения в тех же целях
делают достаточно надёжными.
Обе эти меры нужны также для получения возможно мень-
шего сопротивления, что важно при пользовании гальваниче-
скими элементами.
Необходимость применения источника сильного тока исче-
зает, если взамен одного провода взять несколько, действующих
совместно. Такой прибор показан на рисунке 359. Его обмотка
А, сделанная из нескольких десятков витков изолированного
провода (d—0,3—0,8 мм), укреплена между двумя рейками, рас-
положенными горизонтально в одной вертикальной плоскости.
О пользовании приборами —см. раздел 5.
3) П о л е одного витка и соленоида де-
монстрируется при помощи приборов, показанных на рисунках
360 и 361. Требования о наименьшем сопротивлении витка и соле-
ноида и о необходимости применения сильного тока (15—30 А)
должны быть соблюдены. На рисунке 360 показано устройство
«витка», позволяющего ограничиться для получения спектра
сравнительно «слабым» током —порядка нескольких ампер. «Ви-
ток» состоит из обмотки в несколько десятков витков, сделанной
из изолированного провода толщиной в 0,3—0,8 л л. Эту обмотку А
чаше всего обматывают какой-нибудь лентой, например, изо-
ляционной, или вкладывают в разрезанную вдоль резиновую
трубку.
Й При применении аккумулятора обязательно включение реостата
(рис. 307) во избежание «короткого замыкания».
23 Е. Н. Горячкин
4
Рис. 358. Прибор для демонстрации
магнитного ноля вокруг прямого
тока.
Рис. 359. Обмотка для демонстра-
ции магнитного поля вокруг пря-
мого тока.
Рис. 357, II. Простейший гальваноскоп для
демонстрации отклонения магнитной стрелки.
А и В — клеммы для включения тока; С — виток;
Е — головка для установки витка в различных
плоскостях.
Рис. 360. Прибор для демонстрации
магнитного поля витка (кругового
тока).
§ 48, 3
355
3. Обзор демонстраций по теме: «Электромагнит и его при-
менение».
1)Электромагнит из железного болта ценен в мето-
дическом отношении тем, что его обмотку проволокой (d=0,8 мм)
можно произвести на
глазах у учащихся (рис.
362). Полезен он также
для лабораторной рабо-
ты (§ 69, 6). При вклю-
чении двух-трех элемен-
тов электромагнит удер-
жит несколько ключей,
пучок гвоздей и т. п.
2) Прибор Том-
Рис. 361. Прибор для демонстрации магнит-
ного поля соленоида А (В— вставка из железа,
заменяемая для сравнения магнитных полей
деревянной пластинкой).
сона, состоящий из
катушки с выступаю-
щим железным сердеч-
ником, вполне пригоден
для демонстрации в качестве электромагнита (рис. 363). Для
приведения его в действие можно воспользоваться батареей из
двух-трёх гальванических элементов «Геркулес» (рис. 121), или
сухих (рис. 123), или аккумуляторов. Вынув сердечник и за-
ткнув отверстие пробкой, показывают, что электромагнит оказы-
вает сравнительно слабое притяжение, удерживая лишь не-
большое количество и при-
том мелких железных пред-
метов (обойные гвозди, мел-
кие шурупы, крупные опилки
или стружки). Вставив сер-
дечник и насыпав на него
сверху гвозди, шпильки для
волос, шурупы, показывают,
как они притягиваются и
удерживаются электромаг-
нитом (рис. 363). После вы-
ключения тока притянув-
шиеся предметы отпадают.
Демонстрация весьма эф-
фектна.
о м а г н и т. Электромагни-
Рис. 362. Демонстрация простейшего
электромагнита из болта.
3) U-o бразный электр
тов такого типа в продаже нет, между тем как демонстрация
его крайне важна (рис. 364). Рекомендуется для изготовления
сердечника обратиться за помощью к кузнецу или, в крайнем слу-
чае, воспользоваться подковой. Сердечник или подкову обматы-
вают в три слоя сравнительно толстым проводом, чтобы ясно бы-
ло видно направление витков обмотки. К сердечнику необходи-
мо подобрать железный брусок в качестве якоря. Чем больше
23“
356
$ 48, 3
будет поверхность соприкосновения якоря и сердечника и чем
плотнее они станут прилегать друг к другу, тем большую тяжесть
удержит электромагнит.
4) Модель электромагнита от подъёмно-
го крана при двух-трёх элементах Лекланше удержи-
вает якорь с грузом до 50—100 кГ. Подвешивать можно мешки с
Рис. 363. Использование
прибора Томсона как
электромагнита.
Рис. 364. U-образный электро-
магнит.
песком или платформу, сделанную из цепочек (верёвок, прово-
лок) и отрезка доски, на неё накладывают кирпичи или гири.
Платформа должна висеть над полом на высоте лишь нескольких
сантиметров, во избежание сильного удара при её отпадении1).
Устройство описанного электромагнита показано на ри-
сунке 365.
5) Конструкция иизготовление различных электро-
магнитов — см. Ф. Э., т. IV, § 5, 1 —8.
6) Электрический звонок. Так как устройство
электрического звонка, лежащего на демонстрационном столе,
х) При подвешивании человека, во избежание сильного поранения головы
при неожиданном отпадении якоря, необходимо устройство прочной петли
между кольцами электромагнита и якоря.
£ 48, 3
357
но видно для учащихся, то в этом случае следует раздать на каж-
дые 3—4 человека по электрическому звонку из комплекта ла-
бораторных работ (рис. 55).
7) Электрический телеграф, выпускаемый
Главучтехпромом, в демонстрационном отношении не выдержи-
вает критики, напоминая скорее игрушку, чем физический при-
бор (рис. 366). Получить с его помощью ясной записи на ленте
нельзя.
8) Телефон. Модели, показывающие устройство микрофо-
на и телефонной трубки, не существует. Модель микрофона, со-
Рис. 365. Электромагнит от подъёмного крана и его устройство:
I— корпус магнита; II — якорь; III — обмотка А, надеваемая на полюс В (I);
IV — разрез магнита.
стоящая из угольной палочки с заострёнными краями, опираю-
щейся снизу на подпятник из угля и удерживаемой сверху подоб-
ным же приспособлением, научить ничему не может и не станет
работать, как микрофон.
Поэтому приходится ограничиваться демонстрациями микро-
фонного капсюля в собранном и разобранном виде (рис. 367), а
также телефонной трубки (рис. 368). Микрофон М и телефон-
ную трубку Т для демонстрации простейшей телефонной цепи
соединяют по схеме, показанной на рисунке 369. К микрофону
подбирают низкоомную телефонную трубку; в качестве источни-
ка тока берут батарейку В от карманного фонарика или два-три
элемента любого типа. Если’ микрофон помещён в той же ком-
нате, где и телефонная трубка, то принимающий ничего в труб-
ку не услышит. Для демонстрации громкого воспроизведения
речи берут репродуктор «Рекорд» и включают его, согласно
схеме рисунка 369, II, к микрофону и батарее через специ-
альный телефонный трансформатор 5 (см. Ф. Э., т. V, § 17, 3).
358
Опыты по более детальному изучению
но отнести на внеклассные занятия.
телефона рациональ-
Рис. 366. Модель телеграфного аппарата.
Рис. 367. Микрофон и его устройство.
9) Модель измерительного прибора электро-
магнитной системы, т. е. со втягивающимся железным сер-
дечником, в про-
даже не существу-
ет (рис. 147). Опи-
сание этой моде-
ли и других — см.
Ф. Э., т. IV, § 4, 9.
Вольтметр или ам-
перметр типа М (рис.
111) демонстрируют
со снятыми крышка-
ми и шкалой.
10) Набор по элек-
тромагнетизму поз-
воляет из деталей в
основном осущест-
вить электромотор-
чик (рис. 370). Все
остальные устройства
(электромагнит, те-
леграф и т. д.) при-
митивны и недемоп-
стративны.
§ 48, 4
359
4. Опыт I. Отклонение магнитной стрелки током.
Прибо ры и материалы: 1) Лабораторный штатив. 2) Медный про-
вод (^=1—1,5 мм\ /=50—60 см). 3) Магнитная стрелка с горизонтальной
осью вращения (рис. 371).
4) Два гальванических элемента
или аккумулятора. 5) Ампер-
метр до Ю А (рис. 114). 6) Ключ
или рубильник ’ (рис. 489).
7) Реостат с движком на 1—5
омов (рис. 306). 8) Экраны
фона — белый и чёрный. 9) Ку-
сочки цветной папиросной бу-
маги.
1) Натянуть между
лапками штатива провод —
голый или изолированный
безразлично. К проводу
СВ через ключ К и рео-
стат R (рис. 306) присо-
единить два-три гальвани-
ческих элемента «Гер-
кулес», или сухих, или
один аккумулятор Е
(рис. 372,1).
2) Около провода АВ,
возможно ближе к не- Рис. 368. Устройство телефонной трубки.
му, подвесить магнитную
стрелку, имеющую горизонтальную ось вращения (рис. 371).
Отметить лёгкими цветными бумажками полюсы стрелки.
3) Взяв наибольшее сопротивление в реостате, замкнуть
ключ или рубильник и постепенно увеличивать ток в цепи
до заметного отклонения стрелки от вертикального положе-
Рпс. 369. Схемы простейших теле-
фонных цепей.
ния. Наблюдать, как изменится
отклонение стрелки при пере-
мене направления тока.
4) Определить силу тока,
при которой получается откло-
нение данной стрелки на угол,
возможно близкий к прямому.
Выяснить с помощью различ-
ных мер — подмагничивание
стрелки (рис. 347), уменьшение
трения в оси, балансирование,
изменение расстояния стрелки
от провода, — можно ли полу-
чить такое же отклонение
стрелки при меньшей силе тока.
10
a
Рис. 370. Набор по
электромагнетизму
(см. рис. 391).
2— постоянный магнит;
2— катушка электромаг-
нита; 3—сердечник с гай-
кой d для его закрепле-
ния; 4 И 5 — скобы для
установки приборов; 6—
якорь электромотора; 7—
полюсный наконечник; 8 и 9 —
части для телеграфного аппа-
рата (Ь — контактный провод;
д — якорь; а — колечко для
карандаша); 10 — катушка для
опыта с повёртыванием её в
магнитном поле; 11 — маг-
нитная стрелка.
§ 4#, 5
361
5) Проверить, насколько обеспечивается видимость. Приме-
нить экран фона.
6) Взяв штопор и пробку, продемонстрировать правило бу-
равчика* применительно к обоим случаям
направления тока (см. т. I, рис. 226).
7) Продемонстрировать отклонение
магнитной стрелки, взяв простейший галь-
ваноскоп (рис.' 357, И).
5. Опыт II. Получение спектров пря-
молинейного тока и витка слабым током.
Приборы и материалы: 1) Приборы
для получения спектров (рис. 359 и 358).
2) Магнитные стрелки, малые. 3) Сито с железными
опилками (рис. 342). 4) Парафинированная бу-
мага. 5) Кусочки тонкой цветной (красной и
синей) бумаги. 6) Денатурированный спирт.
7) Лучинка или проволочка с ватой на конце (рис.
503). 8) Три-четыре элемента (рис. 123) или ак-
кумулятора. 9) Амперметр до 10 А. 10) Рубильник
или ключ (рис. 525). 11) Зеркало. 12) Провода
для соединений. 13) Ножницы. 14j Спички.
Опыты служат для изучения спосо-
бов получения спектров тока на прибо-
рах, неполноценных в методическом отно-
шении, но дающих эффект при сравни-
тельно слабом токе.
1) Взять прибор, показанный на ри-
сунке 359, и поместить на столик для по-
лучения спектра парафинированную бу-
магу, предварительно сделав на ней соот-
ветствующий вырез для надевания на
проводник. Прибор присоединить через
Рис. 371. Демонстрация
отклонения током маг-
нитной стрелки с гори-
зонтальной осью вра-
щения.
рубильник сначала к двум и затем к трём элементам илп
аккумуляторам, соединённым последовательно.
2) Насыпав опилки через сито возможно более равномерно,
включить ток, измерить его силу и, слегка постучав пальцем
по столику В, получить спектр.
3) Опыт повторить с тремя элементами до получения более
отчётливой картины спектра (рис. 373).
4) Воспользоваться наклонным зеркалом и показать изобра-
жение спектра.
5) Укрепить на конце лучинки или проволочки комок ваты,
смоченной денатурированным спиртом, и, зажегши его, закре-
пить спектр способом, показанным на рисунке 505.
6) Расположить малые магнитные стрелки вокруг провода,,
как показано на рисунке 374. Для обеспечения лучшей видимо-
сти на стрелки наклеить синие и красные флажки из лёгкой бу-
362
£ 48, 6
маги. Стрелки поставить друг от друга на таких расстояниях,
чтобы они оказывали друг на друга наименьшее действие и рас-
положились почти параллельно.
____ _____ В
К
Рис. 372. Схемы: опыта Эрстеда (I), для получения
спектра прямого тока (11).
7) Включить ток (на короткое время!) и наблюдать изменение
направления стрелок. Изменить направление тока на обратное.
Полученную картину показать при помощи наклонного зеркала.
8) Сделать подобные опыты с витком (рис. 360). Получен-
ный спектр закрепить.
6. Опыт III. Спектры прямолиней-
ного тока, витка и соленоида.
Приборы и материалы: 1) При-
боры с прямолинейным проводником (рис.
358), витком (рис. 360) и соленоидом (рис. 361).
2) Сито с железными опилками. 3) Амперметр
до 20—30 А (рис. 111). 4) Рубильник (рис.
525). 5) Парафинированная бумага. 6) Вата на
лучинке, спирт, спички. 7) Реостат с движ-
ком, возможно меньшего сопротивления (рис.
306). 8) Водяной реостат (рис. 309). 9) Прово-
да для соединений. 10) Ножницы. И) Мотор-
генератор или преобразователь (рис. 25 и 26).
Опыты имеют целью изучение спо-
собов получения сильного тока (до
Рис. 373. Магнитный 20—30 А) для демонстрации спектров
спектр прямого тока. прямолинейного проводника, витка и
соленоида.
1) Соединить параллельно три-четыре аккумулятора или пять-
шесть гальванических элементов Грене1). Собрать цепь, показан-
ную на схеме рисунка 372, II, из амперметра А до 20—30 А, ру-
х) Элементы Грене перед опытом необходимо залить свежей жидкостью.
$ 48, 7
363
бильника К, реостата R и прибора ВС для получения спектра
(рис. 358).
2) На столик В для получения спектра положить лист парафи-
нированной бумаги, сделав в ней соответствующие вырезы. Бу-
магу засыпать равномерно опилками.
Рис. 374. Демонстрация отклонения стрелок вокруг прямого провода.
3) Поставив себе за непременное правило включать источники
тока на возможно более короткое время, возбудить в цепи ток
силою в 10 А. Полученный спектр закрепить при помощи факела
(рис. 505).
4) Вновь получить спектр, взяв ток в 15—20 А. Сцектр закре-
пить.
5) Заменить батарею мотор-генератором (рис. 25) или преоб-
разователем (рис. 26) и реостат с движком — водяным (рис. 309).
Получить спектры от нового источника тока при токе силою сна-
чала в 15—20 А и затем в 25—30 А. Спектры закрепить.
6) Получить спектр, воспользовавшись сетью освещения пе-
ременного тока в 120 V и установив посредством водяного рео-
стата ток силою до 25—30 А. Спектр закрепить.
7) Получить спектр соленоида, воспользовавшись любым
источником для получения тока силой в 15—20 А (рис. 361).
7. Опыт V. Звонок, телеграф, телефон.
Приборы и материалы:!) Электрический звонок (рис. 55).
2) Телеграфный аппарат (рис. 366). 3) Ключ. 4) Два гальванических элемен-
та МВД (рис. 123). 5) Микрофонный капсюль (рис. 367). 6) Телефонная
трубка (рис. 368).
Опыты имеют целью ознакомить с регулировкой звонка и мо-
дели телеграфного аппарата, а также с простейшей телефонной
цепью.
364
§ 48, 8; § 49, 1
1) По описанию, данному в Ф. Э., т. IV, § 6,1, детально озна-
комиться с конструкцией электрического звонка (рис. 375) и выяс-
нить назначение винтов O,L и контргайки с.
£) Действуя этими винтами
и в случае надобности подогнув
ударник, добиться чистого звона
без треска при одном гальвани-
Рис. 375.
Устройство
электрического
звонка.
ческом элементе.
3) Собрать цепь из батареи
из двух элементов, ключа и
модели телеграфа (рис. 366).
Отрегулировать телеграфный
аппарат так, чтобы получалась
запись сигналов.
4) Руководствуясь указани-
ями, данными в разделе 1, и све-
дениями в Ф. Э.,т. V, § 18, 1—3,
собрать простейшие телефонные
цепи (рис. 369) и опробовать
их.
8. Вопросы к отчёту сту-
дента:
ш1) Наметить опыты по теме для
7 класса и определить их целевую
установку. Сделать зарисовки в те-
тради.
2) Магнитная стрелка с горизон-
тальной осью принимает наклонное
земного магнетизма. Каким образом её можно
положение под влиянием
привести в вертикальное положение, как это нужно для демонстрации
опыта Эрстеда (рис. 371)?
3) При какой силе тока получаются чёткие магнитные спектры прямо-
линейного тока и витка на приборах (рис. 358—360)?
4) Почему в опыте (раздел 5) элементы и аккумуляторы предлагается со-
единить последовательно? Почему включение реостата в цепь совершенно не
обязательно?
§ 49. Движение проводника в магнитном поле.
Электромоторы.
Методические указания — см. т. I, § 102 (рис. 230—241).
Изготовление приборов — см. т. III, § 48.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 67 и рис. 295—302.
1. Методические замечания. Демонстрации по теме прежде
всего содержат в себе опыты, объясняющие принципы действия
магнито-электрических измерительных приборов (§ 15, 9 и рис. 108)
и электромоторов. Эти опыты по своей технике не сложны
и требуют сравнительно слабых токов; однако, приборы прихо-
дится изготавливать учителю своими силами (рис. 376, I и II).
J 49. 1
365
Кроме того, необходимо показать модели электромоторов. При
помощи этих моделей изучается не только устройство электро-
мотора, но и способы изменения числа оборотов и направления
вращения. Демонстра-
ция* моделей электро-
моторов (рис. 379 и
506) в действии всегда
производит на учащих-
ся сильное впечатление
и обычно приводит к
возникновению особого
кружка по моделирова-
нию моторов или к по-
явлению соответствую-
щей темы в существую-
щем кружке (см. т. 1,
рис. 120, I).
Наибольшую труд-
ность для объяснений
представляет собой уст-
ройство и, главное, дей-
ствие коллектора. В Рис- 376. Приборы: движение'проводника с
этом случае совершенно током в магнитном поле,
необходимо применение
модели контура с коллектором, изготовление которого своими
силами вполне возможно (рис. 378). Без применения такой мо-
Рис. 377. Демонстрация поворотов
рамки в магнитном поле.
Рис.378. Демонстрацион-
ная модель витка кон-
тура.
дели (рис. 378), достаточно крупной по своим размерам и с окра-
шенными в различные цвета частями, учащимся трудно понять
принцип изменения направления тока во вращающемся витке.
366
§ 49, 2
Для вечеров занимательной физики настоятельно рекомен-
дуются опыты с вращающимся магнитным полем1), проведение ко-
торых, однако, возможно только в том случае, когда в физичес-
Рис. 379. Вращающийся
кий кабинет введён трёхфазный ток. Эти
опыты чрезвычайно эффектны и вызыва-
ют исключительный интерес. Значение
же опытов весьма велико, так как позво-
ляет наиболее заинтересованным уча-
щимся дать понятие о принципе дейст-
вия электромотора трёхфазного тока.
виток (I) и устройство его коллектора (II и III).
2. Обзор опытов по теме: «Движение проводника». 1) Дви-
жение проводника в магнитном поле может быть
продемонстрировано несколькими различными способами, о чём—
см. Ф. Э., т. IV, § 9, 5. Из этих способов наибольшего внима- '
ния заслуживают два: движение провода, подвешенного в виде
качелей (рис. 376, 1), и прибор с гибким «вертикальным» про-
водником (рис. 376, II). Оба эти прибора приходится изго-
тавливать своими силами. В качестве гибкого проводника может
быть использован специальный шнур для телефонной проводки
или мишура «золотой или серебряный дождь», употребляемая
при украшении новогодней ёлки. Об опытах с этими приборами —
см. раздел 6.
2) Повороты рамки в магнитном поле
изучаются с помощью катушки Л или, проще, спичечной коробки,
обмотанной несколькими десятками витков провода (толщиной
в 0,2—0,5 мм) (рис. 377). Катушка на проводах Е и Р, подводя-
щих ток, подвешена между полюсами U-образного магнита N и S.
О постановке этого опыта — см. Ф. Э., т. IV, § 9, 6.
В случае если имеется прибор, называемый «вращающимся
витком» (рис. 379), то с его помощью можно более наглядно по-
казать повороты рамки в магнитном поле и тем самым продемон-
х) См. Ф. Э., т. V, § 9, 1—9 и теорию: Горячкин, «Переменный ток».
f 49, 3
367
стрировать принцип действия магнито-электрических приборов
(рис. 108 и 380) (см. раздел 8).
3) Устройство магнито-электрического измери-
тельного прибора (§ 15, 9) в принципе демонстрирует-
ся посредством поворачивающейся в магнитном поле катушки
(рис. 377). Устройство механизма такого прибора хорошо видно
в демонстрационном гальванометре (рис. 113).
4) Правило левой руки — см. раздел 6.
3. Обзор демонстраций по теме: «Электромоторы».!)Демон-
страционная модель витк а-контура с коллекто-
ром является совершенно необходимым прибором, который при-
ходится изготавливать свои-
ми силами (рис. 378). В про-
стейшем виде он состоит из
деревянного цилиндра CD,
на котором укреплён виток
АВ в форме прямоуголь-
ника, сделанного из толстой
достаточно жёсткой прово-
локи. Для обеспечения луч- g
шей видимости рекомендует-
ся на провод надеть рези-
новую трубку, что увеличит
его толщину. «Активные»
Рис. 380. Стрелка к витку для демон-
страции принципа действия магнито-
электрического прибора.
В
участки А и В контура окра-
шиваются двумя различными
яркими цветами, что упро-
щает объяснения. Пластины
коллектора изображаются двумя бумажными наклеенными на
цилиндр прямоугольниками С и Р, окрашенными в цвета, со-
ответствующие проводам. Щётки (иных цветов) изображаются
двумя деревянными брусочками. Описание изготовления более
совершенного контура (рис. 389) приведено в ф. Э., т. IV, §17, 2
и § 9, 7. О применении контура —см. раздел 7.
2) Модель вращающегося витка выпускает-
ся Главучтехпромом и имеется в продаже (рис. 379). Основную
часть прибора образует плоская четырёхугольная катушка А,
сделанная из нескольких десятков витков провода толщиной в
0,5 мм (сопротивление её около 3 омов). Катушка помещена меж-
ду полюсами крупного U-образного магнита. Ток к катушке под-
водится через клеммы к двум щёткам Е и F, прижимаемым к кол-
лектору при посредстве двух винтов ей/. Смещая щётки, можно
заставить их опираться или на два полукольца (коллектор пос-
тоянного тока) (рис. 379, II), или на два полных кольца (коллек-
тор переменного тока) (рис. 379, III). В последнем случае не бу-
дет происходить перемены направления тока в момент прохож-
дения плоскости витка через нейтральную плоскость.
Рис. 381. Устройство якоря простейшего самодельного электромоторчика
на деревянной оси или на гвозде Л2.
ВВ — жесть; е/ — тонкая латунь; hl — резина; MN — латунь или медь.
5 49f 3
369
Для демонстрации принципа действия магнито-электриче-
ского прибора следует изготовить стрелку В и шкалу С из плотного
картона или, лучше, жести, показанную на рисунке 380. Об опытах
с вращающимся витком — см. раздел 8.
3) Модели моторов. Демонстрационных моделей
электромотора, если не считать вращающегося витка, в продаже
Рис. 382. Модель электромотора с
якорем из трёх катушек и с коллек-
тором из трёх пластин.
Рис. 383. Электромотор-
чик (сериес) переменного
тока (12 V) от набора
«Конструктор» и устрой-
ство электромотора.
А — катушка индуктора; С
и D — полюсные наконеч-
ники и щетки.
нет. Модели, предназначенные для лабораторной работы (рис. 506)
или раздаваемые при объяснениях преподавателя учащимся,
нетрудно изготовить своими силами.
Для демонстрации рекомендуется смонтировать якорь про-
стейшего электромоторчика на угловой панели. Устройство
якоря для этой полезной модели показано на рисунке 381 (см.
т. Ill, § 48).
Модели мотора, изображённого на рисунке 382, и мотора от
набора «Конструктор» (рис: 383) вследствие своих малых разме-
ров не демонстративны и, кроме того, имеют якоря В из трёх
катушек с тремя пластинками коллектора, что потребует от пре-
подавателя дополнительных и притом сравнительно длительных
объяснений (см. Ф. Э., т. IV, § 10, 3). По этой причине их можно
применять только в случаях, имеющих целью не изучение
24 е. Н. Горпчкин
370
£ 49, 4
устройства мотора, а лишь демонстрации: превращения электриче-
ской энергии в механическую, зависимость числа оборотов от си-
лы тока и т. п.
Следует также упомянуть о модели электромотора, собирае-
мого из деталей набора по электромагнетизму (рис. 370).
Так как все динамомашины1) обратимы, то описанными далее
типами их (§ 50, 1 и рис. 394) можно пользоваться для демон-
страций в качестве электромоторов.
4) Нужно иметь мотор постоянного тока про-
мышленного типа, как объект для демонстрации.
Особенно хорош для этой цели коллекторный мотор Т—3 по-
стоянного или переменного (однофазного) тока для кинопроек-
ционного аппарата (рис. 384).
Данные мотора следующие: на-
пряжение 110 V, - мощность
0,2 kW, число оборотов 3 000 в
s
Рис. 384. Мотор Т-3 от киноаппарата (I) и устройство индуктора (II)
и якоря (III).
минуту. Корпус мотора устроен так, что все его части хорошо вид-
ны; кроме того, разобрать мотор для демонстрации деталей не
трудно. Этот мотор может быть использован в кабинете также
в качестве источника механической силы, в частности для приве-
дения в действие круглого точила и т. п. Число оборотов мотора
можно менять посредством реостата (рис. 385).
Если у школы имеется связь с производственными организа-
циями, крайне желательно достать старый, хотя бы и негодный
(сожжённый) мотор постоянного тока мощностью до 1 kW, для
того, чтобы его части могли служить пособием для соответствую-
щих демонстраций.
4. Электромоторы. Изменение числа оборотов. Реверсирова-
ние. 1) Типы электромоторов. На рисунках 506 и
Ч Практически описанные выше модели электромоторов не могут быть
использованы как динамомашины.
§ 49, 4
371
379 показаны электромоторы с постоянным магнитным полем,
созданным стальными магнитами. В технике этот тип не находит
себе применения.
Электромоторы с электромагнитами бывают: шунтовые _____
с параллельным включением индуктора и якоря (рис. 386,1) и
сериес — с последовательным соединением (рис. 386, III).
Подавляющее большинство моделей имеет последовательное воз-
буждение (рис. 383 и 384).
Рис. 386. Правильные (II и III) и неправильная (1) схемы включения
реостата к мотору.
2) Изменение числа оборотов шунтового мо-
тора можно производить посредством включения последователь-
но с ним реостата R (рис. 385 и 386, I). Такая схема на практике в
технике не применяется. Правильнее включать реостат R после-
довательно лишь с одним якорем В, подавая на индуктор (электро-
магниты NS) полное напряжение источника тока (рис. 386, II).
В целях упрощения в школе всё же приходится пользоваться пер-
вой схемой.
24*
372
£ 5
В моторах с последовательным возбуждением (сериес) реостат,
регулирующий число оборотов, включается последовательно
(рис. 386, III) (подробности — см. Ф. Э., т. IV, § 10, 4).
3) Изменение направления вращения,
или реверсирование, у моторов с полем, созданным постоянными
магнитами (рис. 379, 381, 506), производится посредством пере-
мены местами проводов, подводящих ток к мотору. Такой же ре-
зультат достигается при повёртывании магнита на 180°, что соот-
ветствует изменению на обратное направления линий магнитно-
го поля. У моторов, как шунтовых, так и сериес (с последователь-
Рис. 387. Схемы для изменения направления вращения у моторов — шун-
товых (I и II) и сериес (Ill и IV).
ходимо изменить направление тока или только в одном индукто-
ре (электромагнитах), или в одном якоре, для чего приходится
переключать соединения якоря и индуктора между собой
(рис. 387).
У модели мотора из набора «Конструктор» для перемены
направления вращения имеется переключатель К (рис. 383).
5. Питание моторов постоянным и переменным током. Моде-
ли моторов с магнитами (рис. 379 и 381) от переменного тока в ход
не пойдут. Принципиально возможно превратить их в синхрон-
ные моторы, заменив коллектор из двух полуколец двумя коль-
цами (рис. 379, III).
Моторы шунтовые (рис. 386, I) нельзя привести в действие от
переменного тока; они требуют обязательно постоянного тока1).
г) Перемена направления через каждый полупериод магнитного поля
сопровождается одновременным изменением направления тока в якоре, что
должно было бы создавать механические импульсы, действующие на якорь
в одинаковом направлении. Поэтому мотор должен был бы прийти во враще-
ние. Однако, это оказывается справедливым для моторов сериес. В шунтовых
моторах импульсы приобретают последовательно (во времени) противопо-
ложные направления, вследствие явления сдвига фаз. Подробности об
этом — см. в книге: Горячкин, «Переменный ток», §§ 21 и 31.
§ 49, 6
373
Моторы с последовательным возбуждением, к числу которых при-
надлежат модели от «Конструктора» (рис. 383) и мотор для кино
(рис. 384), действуют как от постоянного, так и от переменного
тока. В конструктивном отношении они приспособлены для пе-
ременного тока; именно, их корпуса и сердечники индукторов
сделаны не из сплошных, а из отдельных пластинок специально-
го сорта железа (во избежание нагревания токами Фуко).
Для питания маловольтных электромоторов (рис. 379, 381 —
383) достаточна батарея гальванических элементов, лучше типа
«Геркулес» (рис. 121) или Грене (рис. 122), или же аккумулято-
ров (рис. 117 и 118) с напряжением в 4—12 V. При питании их
переменным токохМ в 120 V и тем более в 220 V через ламповый
реостат (рис. 308) или от выпрямителя (рис.413) станет происхо-
дить обгорание щёток и пластин коллектора вследствие искрения
(вольтова дуга)1). Поэтому их следует питать, снизив предвари-
тельно напряжение до 12 V при помощи трансформатора, о чём —
см. § 51, 5* 2).
6. Опыт I. Смещение проводника в магнитном поле.
риборы и материалы:!) Приборы: «движение проводни-
С
Рис. 388. Схема включения
прибора: смещение провод-
ника в магнитном поле.
11 t х 1 ................................... t ,,
ка» с «качелями» (рис. 376, I) и с гибким проводником (рис. 376, II). 2) Два-три
элемента «Геркулес» или сухих (рис. 123), или же аккумулятора. 3) Рео-
стат с движком (рис. 306). 4) Амперметр до 1 А и до 10 А (рис. 114). 5) Ключ.
6) Цветная бумага. 7) Ножницы. 8) Экраны
фона — белый, чёрный (рис. 56) и просвечи-
вающий (рис. 57).
Опыт служит для сравнения демон-
страций смещения проводника в маг-
нитном поле двумя способами, а также
в целях выяснения наименьшей силы
тока для получения достаточно эффек-
тивного результата.
1) Взять прибор (рис. 376, I) и
присоединить его провод CD через ам-
перметр (гальванометр с шунтом) и
ключ к батарее из двух-трёх гальва-
нических элементов или аккумулято-
ров. В цепь ввести также реостат с
движком R с сопротивлением в не-
сколько омов (рис. 388).
2) Сделав сопротивление наибольшим и поставив к ампер-
метру шунт до 1 А (рис. 114),. замкнуть ключом цепь. Измерить
х) Подобное же явление наблюдается у звонка, катушки Румкорфа,
включаемых через лампочку в сеть на 120 V, переменного или постоянного
тока.
2) В моменты периодического разрыва цепи напряжение между щёткой
и коллектором поднимается до 120 V, что и служит причиной образования
вольтовой дуги. При 12 V вольтова дуга не образуется.
374
§ 49, 7
приближённо силу тока и обратить внимание на величину
получаемого отклонения проводника.
3) Уменьшить постепенно сопротивления реостата, каждый раз
измеряя силу тока и наблюдая степень отклонения «качелей».
В случае надобности заменить у амперметра шунт на 1 А другим
до 10 А. Так поступать до получения отклонения, которое было
бы совершенно ясно заметно.
4) Проверить, насколько обеспечивается видимость явления.
Применить такой экран (белый, чёрный или просвечивающий),
который окажется наиболее подходящим. Укрепить на проводе
цветные флажки (рис. 43).
Рис. 389. Демонстрационный контур с коллектором.
5) Повторить опыт, применив при оптимальных условиях сна-
чала одно, а затем противоположное направление тока. Прове-
рить правило левой руки (см. т. I, рис. 232—235).
6) Сделать подобные же наблюдения и измерения силы тока
для прибора с гибким «вертикальным» проводником (рис. 376, II).
7) Применить для обеспечения видимости один из экранов;
привесить цветные флажки к проводнику.
8) Сравнить с технической точки зрения и в методическом от-
ношении оба варианта.
7. Опыт II. Применение демонстрационного контура.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный контур
(рис. 389). 2) Две табуретки или два ящика. 3) Бечёвка. 4) Стрелки из картона.
Демонстрация имеет своей целью ознакомление с примене-
нием контуров для объяснения принципа действия электромо-
тора.
5 4.9, 8
375
1) Взять две табуретки или два ящика и, поставив их на стол,
изобразить ими полюсы магнита. Вбив в ножку каждой из та-
буреток несколько гвоздей, посредством бечёвки изобразить си-
ловые линии магнитного поля.
Направление их отметить стрел-
ками из бумаги. Ещё лучше из
фанеры изготовить «ящики», на-
поминающие по внешнему виду
полюсы (рис. 390).
2) Поставить между полюсами
контур и детально, как при рас-
сказе в классе, объяснить, как
при переходе через нейтральную
плоскость происходит изменение
направления тока и почему «при Рис. 390. Установка демонстра-
питании током» контур должен ционного контура.
«прийти во вращение». Рассмот-
реть все типичные положения проводника. Показать, как при-
меняется правило левой руки (см. т. I, рис. 238—239).
3) Найти надлежащее положение контура и полюсов по отно-
шению к учащимся, а также выяснить, как и где должен стоять
преподаватель, чтобы обеспечивалась наилучшая видимость и
наибольшая наглядность.
4) Взять упрощённый контур (рис. 378) и с его помощью раз-
работать и провести подобную же демонстрацию.
8. Опыт III. Вращающийся виток.
Приборы и материалы: 1) Вращающийся виток (рис. 379).
2) Стрелка из картона или жести (рис. 380). 3) Батарея из двух-трёх элемен-
тов или аккумуляторов. 4) Ключ. 5) Реостат с движком на 5—6 омов
(рис. 306). 6) Амперметр до 1 А (рис. 114). 7) Экраны фона. 8) Провода для
-соединений.
Опыты служат для ознакомления с применением вращающе-
гося витка при демонстрации принципов действия: измеритель-
ного прибора типа М (§ 15, 9 и рис. 108) и мотора постоянного
тока.
1) Рассмотреть устройство вращающегося витка (рис. 379, I)
и его коллектора. Щётки расположить так, чтобы они опирались
на кольца (рис. 379, III).
2) Укрепить на витке А стрелку В (рис. 380), сбалансировав
её. Виток включить через ключ к батарее из одного-двух элемен-
тов или аккумуляторов Расположить виток так, чтобы он стоял
в вертикальной плоскости.
3) Включить ток и наблюдать поворот контура на 180°. Про-
верить правило левой руки.
4) Повторить опыт, переменив направление тока на обратное.
Проверить правило левой руки.
376
$ 49, 9
5) Стрелку снять и сделать так, чтобы щётки опирались на по-
лукольца. Включив батарею из двух-трёх аккумуляторов или
элементов, получить непрерывное вращение рамки сначала в
одну сторону, а затем в противоположную. Применить правило
левой руки.
6) Проверить, как обеспечивается видимость. Применять
экран фона.
7) Ввес ти в цепь батареи, питающей виток, реостат с движком
на 5—6 омов (рис. 306) и амперметр с шунтом до 1 А (рис. 114).
Постепенно увеличивать ток в цепи и тем самым продемонстри-
ровать изменение числа оборотов электромотора посредством рео-
стата.
9. Опыт IV. Изучение электромотора.
Приборы и материалы: 1) Набор по электромагнетизму
(рис. 370). 2) Магнитная стрелка. 3) Батарея из двух элементов. 4) Реостат.
5) Ключ. 6) Провода для соединений.
Рис. 391. Электромоторчик из набора
по электромагнетизму (см. рис. 370).
Опыты служат для изучения основных типов электромоторов,
а также способов изменения направления вращения.
1) Якорь электромо-
тора присоединить к од-
ному-двум элементам лю-
бого типа через реостат с
движком (рис. 370, 6 и 1)
и ключ. Поместить якорь
между полюсами сталь-
ного магнита, включить
ток и, уменьшив сопро-
тивление реостата, полу-
чить вращение якоря.
2) Изменить напра-
вление вращения двумя
способами: переменой на-
правления тока и поворо-
том магнита вокруг вер-
тикальной оси на 180° (см. раздел 4).
3) Включить через реостат к одному-двум элементам индуктор
(электромагниты) и посредством магнитной стрелки проверить, пра-
вильно ли включены его катушки между собой (рис. 370, 2 и 391).
4) Поместить между полюсами индуктора якорь и соединить
якорь и индуктор последова1ельно (без реостата) (рис. 386, III).
Пустить сериес-мотор в ход. Путём соответствующего переключе-
ния изменить направление вращения (см. раздел 4).
5) Сделать соединения, соответствующие шунтовому мотору
(рис. 386, II). Пустить в ход. Изменить направление вращения.
6) Взять мотор от набора «Конструктор» (рис. 383), рассмо-
треть его устройство, в частности устройство якоря и переклю-
J 49, 10; § 50, 1
377
чателя К, и, согласно указаниям, данным в §51, 6, пустить в ход
от трансформатора 120/12 V (рис. 409), включив последний в сеть
переменного тока освещения1).
10. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме для 7 класса, определить их целе-
вую установку. Сделать в тетради зарисовки опытов.
2) Какие меры могут быть приняты по отношению к магниту, его между-
полюсному пространству, весу смещающегося проводника, чтобы получить
наибольший эффект при наименьшей силе тока (рис. 376)?
3) Какой из контуров (рис. 378 и 389) является более ценным в методи-
ческом отношении?
4) Будет ли работать вращающийся виток с коллектором из двух плас-
тин (рис. 379) при питании его переменным током? Какое число оборотов
должно быть придано витку (коллектор в виде двух колец), чтобы он дей-
ствовал как синхронный мотор? Осуществимо ли это на практике?
5) Зачем нужно балансировать стрелку при демонстрации опыта
(рис. 380)? Какие добавочные приспособления нужны для того, чтобы контур
повёртывался на различные углы в зависимости от силы тока (рис. 108, I)?
§ 50. Электромагнитная индукция.
Me тодические указания — см. т. 1, § 102.
Изготовление приборов — см. т. 111, § 40.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 68 и рис. 303—305.
1. Методические замечания. Основным опытом по теме являет-
ся получение индукционного тока при относительном движе-
нии проводника и
магнитного поля.
Этот опыт должен
не только доказать
возникновение то-
ка в определённых
условиях,но и слу-
жить также для
установления пра-
вила правой руки.
Однако, опыты по
этому вопросу,
описанные почти
во всех учебниках,
приводят лиш ь к
обнаружению са-
мого факта индукции и притом идут путём несколько запутан-
ным в методическом отношении; правило же правой руки вво-
дится обычно догматично. Знаменательно, что прибор «катушка
для получения индукционного тока» (рис. 392) сохраняет свою
i) Объяснение устройства якоря и коллектора из трёх пластин — см.
Ф. Э., т. IV, § 10, 3, рис. 196, 197 и 201.
378
§ 50. 2
традиционную форму по крайней мере более полусотни лет, и
не одно поколение преподавателей, манипулируя с этим при-
бором, повторяет ставшие банальными объяснения: «возьмём
магнит и введём один из его полюсов в катушку»... Этот тра-
диционный опыт с катушкой для индукции с установлением
правила правой руки является ярким примером, показывающим
нередко наблюдающийся разрыв между техникой и методикой
эксперимента, в то время как в техническом отношении опыт
является если не безупречным, то во всяком случае более чем
удовлетворительным. В целях выяснения определяющего влияния
методики эксперимента на его технику далее приведены подробные
методические указания для двух вариантов опыта по индукции.
Наиболее простым опытом по своей методике и технике яв-
ляется получение индукционного тока при движении прямого
провода между полюсами (см. Ф. Э., т. IV, § 12, 7). Однако этот
опыт требует применения зеркального гальванометра и поэтому
уместен в школе-десятилетке.
Некоторые технические затруднения вызывает демонстрация
получения переменного и постоянного токов посредством катуш-
ки, вращающейся в магнитном поле (рис. 393). Эти затруднения
возникают вследствие того, что промышленность не выпускает
нужного прибора, рассчитанного па применение демонстрацион-
ного гальванометра. Нужную катушку (рис. 393) можно изго-
товить своими силами, но сделать к ней коллектор .— задача
далеко не простая. Поэтому приходится ограничиваться демон-
страцией возникновения переменного тока; выпрямляющее же
действие коллектора объяснять на модели (рис. 389).
Остальные опыты по теме заключаются в демонстрации
устройства и действия магнито-электрической и динамомашин
(рис. 394 и 25), а также по вопросу о правиле Ленца (о чём —
см. т. I, § 10V).
Для внеклассных занятий по физике, в частности, для вече-
ров занимательной физики, могут быть использованы опыты:
индукционный телефон Белля (ф. Э., т. IV, § 14, 5 и рис. 266) и
катушка Румкорфа. Изучение катушки Румкорфа в программу
школы-семилетки не входит, но каждый из преподавателей дол-
жен уметь пользоваться катушкой, поэтому * дальше приведено
списание некоторых опытов с нею.
2. Обзор опытов по теме: «Электромагнитная индукция».
1) И н д у к ц и -я при движении проводника в
магнитном поле. Правило правой руки — см. раздел 5.
Опыт заключается в обнаружении резкого уменьшения скорости гру-
за при своём падении, приводящего в действие динамомашину, в момент
перехода от холостого хода к получению от неё тока (зажигание ламп). Опыт
не выходит с магнито-электрической машиной Главучтехпрома (рис. 394),
почему здесь не описывается (см. Ф. Э., т. IV, § IS, 1).
§ 60, 3
379
Рис. 393. Поворачивающаяся
катушка для демонстрации
индукции.
2) Индукция вращающейся катушкой
демонстрируется на упрощенном приборе, состоящем из катушки
(прямоугольной формы), укреплённой на оси и вращаемой ру-
ками между полюсами U-образного магнита (рис. 393). При из-
готовлении катушки для получения наибольшего эффекта, т. е.
заметных показаний демонстрационного гальванометра, надо
иметь в виду следующие положения:
а) Длина катушки должна быть не менее ширины полюсных
наконечников магнита. Ширина катушки делается такой, чтобы
она при своих поворотах чуть-чуть не задевала полюсные наконеч-
ники.
б) Наибольший эффект при прочих равных обстоятельствах
будет получен при двух условиях: при возможно большем числе
витков и при сопротивлении ка-
тушки, равном сопротивлению де-
монстрационного гальванометра.
Кроме того, в целях получе-
ния наибольшей электродвижу-
щей силы индукции:
в) следует брать два или даже
три U-образных магнита и притом
возможно более сильно намагни-
ченных.
Катушку укрепляют на дере-
вянной или металлической оси,
например на карандаше. Для
удобства объяснения проводники
А и В следует окрасить в различ-
ные цвета.
О выполнении опыта — см.
раздел 6.
3) Демонстрационный
контур с коллектором, опи-
санный в § 49, 7 и служащий для
объяснения действия коллекторного
для объяснения выпрямления тока (рис. 378 и 389). Кроме этого,
потребуется ещё второй демонстрационный контур подобного же
устройства, но с двумя кольцами вместо коллектора (рис. 403).
Раскрашивается он так, как это показано в § 49 (рис. 40, I). При
демонстрации магнитные полюсы изображаются табуретками или
ящиками, силовые линии —двумя-тремя бечёвками со стрел-
ками (рис. 390). О проведений демонстрации с4 контурами —см.
раздел 7 и ф. Э., т. IV, § 17, 2.
3. Обзор демонстраций по теме: «Генераторы переменного и
постоянною токов-». 1) Магнито-электрическая
машина является единственной действующей моделью гене-
ратора как переменного, так и постоянного токов, так как кольца
мотора, можно использовать
380
$ 50, 4
могут быть заменены прилагаемым коллектором CD (рис. 394). Ма-
шина не демонстративна, так как её устройство можно увидеть,
и притом не без труда, лишь в непосредственной близости. Раз-
борка же её и сборка требуют сравнительно значительного вре-
мени. Машину демонстрируют, накаливая лампочку от карманно-
го фонарика, приводя в дей-
ствие электрический звонок
и т. п.
Опыты с генератором — см.
раздел 8.
2) Динамомашин ма-
лой мощности, пред-
назначенных для школы, нет,
если не считать сохранившихся
кое-где старых моделей (см. ф.
Э., т. IV, § 17,,4).
Наибольшего внимания, од-
нако скорее в качестве источ-
ника тока, заслуживает дина-
мо с приводом для кинопро-
екторов.
Для демонстрации жела-
тельно иметь также динамо-
машину для карманного фо-
нарика (рис. 395, II). Магнит
крестообразной формы NS, утя-
желённый для увеличения инер-
ции заделкой в свинец, служит
якорем. При его вращении в
катушках на железных сер-
дечниках возникает перемен-
ная электродвижущая сила (см. т. I, рис. 203).
3) Телефонное магнето (рис. 395,1), дающее обыч-
но переменный ток с напряжением в несколько сотен вольт, в
технике применяется для приведения в действие электрических
звонков переменного тока (см. Ф. Э., т. V, § 5, 1 и рис. 118).
Демонстрация магнето имеет смысл только в местностях, где
имеются телефоны с индукторным вызовом. Магнето от двигате-
ля внутреннего сгорания (автомобильное) является чересчур
сложным как для демонстрации, так и/ для объяснения его
устройства.
4. Катушка Румкорфа. 1) Принцип действия ка-
тушки Румкорфа объясняется опытом, описанным в § 51, 3
(рис. 404).
2) Конструкции катушек Румкорфа раз-
нообразны (рис. 396). Описание устройства и типов катушек да-
но в Ф. Э., т. IV, §§ 15 и 16. Демонстрирование катушки Румкор-
§ 50, 4
381
Рис. 395, 1. Телефонное магнето
фа в классе не обязательно, но работу её (получение искры) мож-
но с большой пользой показать перед объяснением и демонстра-
цией трансформатора (§ 51. 5).
Катушка в кабинете семилетней школы находит себе при-
менение для получения свечения трубок Плюккера (спектры
Рис. 395, II. Устройство фонарика с динамомашиной,
приводимой в действие от руки.
382
§ 50, 5
газов, раздел 9) и при демонстрации на внеклассных заняти-
ях лучей Рентгена. О трубках Плюккера и Рентгена — см. Ф. Э.,
т. IV, § 23, 2; § 25, 1; § 26, 1—4, а также брошюру Главучтех-
прома.
5. Опыт L Условия возникновения индукционного тока и его
направление.
Приборы и материалы:!) Демонстрационный гальванометр
(рис. 113). 2) Катушки для индукции — покупная (рис. 392) и упрощенная
самодельная (рис. 401). 3) Магниты —прямой и U-образный. 4) Лабора-
торный штатив. 5) Провода для соединений.
Рис. 396. Катушка Румкорфа.
Е — винт для изменения нажима на молоточек F; С — конденсаторы для умень-
шения в первичной цепи э. д. с. размыкания.
Выясним взаимоотношение между методикой и техникой
школьного эксперимента на примере: демонстрация получения
индукционного тока. Определим целевую установку данного опыта.
а) Опыт должен служить прежде всего для обнаружения са-
мого факта электромагнитной индукции — явления, совер-
шенно неизвестного учащимся из жизненной практики.
б) Затем на опыте же надо выяснить условия возник-
новения индукционного тока, именно необходимость та-
кого относительного перемещения проводника и магнитного по-
ля, при котором происходило бы пересечение проводником
линий поля.
в) Далее опыт должен показать зависимость величины
электродвижущей силы индукции (силы тока) от скорости отно-
сительного движения поля и проводника.
§ оО, 5
38а
Рис. 397. Установка для демонстрации элек-
тромагнитной индукции посредством движе-
ния прямого магнита.
г) Наконец, необходимо, чтобы опыт позволил установить
связь между направлениями: силовых линий
поля, движения проводника и индукционного тока, т. е. вывести,
правило правой руки.
Таковы методические требования, предъявляемые к опыту:
«получение индукционного тока».
Сначала рассматривается, каким из этих требований может
удовлетворить опыт с покупной индукционной катушкой (рис. 392),
а затем разбирается применение самодельной катушки для тех
же целей.
1-й вариант. Катушка для индукции, применяемая в рас-
сматриваемом варианте, состоит из двух самостоятельных обмо-
ток — одной А из тон-
кой проволоки и другой
В из более толстой, а
также из железного сер-
дечника С (рис. 392).
Каждая из двух обмо-
ток сделана на отдель-
ных каркасах, благода-
ря чему их можно раз-
делять, вынур одну из
другой. Об основном
назначении обмотки с
малым числом витков
и железного сердечни -
ка — см. § 51,2.
Проделать опыты с
этой катушкой:
1) Присоединить ка-
тушку из тонкой проволоки к демонстрационному гальваномет-
ру. Взять прямой магнит с окрашенными полюсами. Сначала
продемонстрировать, что индукционный ток возникает только
в моменты движения магнита, вставляемого или вынимаемого из
катушки: если же магнит остаётся неподвижным, то индукцион-
ный ток не появляется (рис. 397).
2) Укрепив магнит неподвижно, надеть катушку на один из
полюсов магнита и затем снять её с этого полюса и тем самым по-
казать, что для возбуждения индукционного тока важно полу-
чить относительное движение поля и проводника. Что же при этом
остаётся неподвижным — катушка или проводник — совершенно
безразлично.
3) Продемонстрировать, что величина электродвижущей си-
лы зависит от скорости движения магнита относительно провод-
ника и обратно. Чем резче (быстрее) будет движение магнита или
катушки, тем большее отклонение даст гальванометр; следова-
тельно, тем сильнее будет индукционный ток.
384
§ »0, 5
Эти первые вводные опыты можно считать вполне удовлетво-
рительными в методическом отношении, если отклонение стрел-
ки гальванометра достаточно велико (не менее х/з шкалы).
Проделать теперь второй круг демонстраций, имеющий своей
целью показать, что индукционный ток возникает лишь при опре-
делённом движении магнитного поля и катушки относительно
друг друга.
4) Продемонстрировать четыре возможных случая индук-
ции, замечая каждый раз направление тока:
Рис. 398. Магнитное поле
прямого магнита.
Рис. 399. Магнитное поле
U-образного магнита
а) ввести быстрым движением северный (синий) полюс магни-
та в катушку;
б) удалить его также быстро из катушки;
в) ввести в катушку южный полюс;
г) удалить его из катушки.
Этим четырём случаям будет соответствовать появление индук-
ционного тока двух направлений (а и г; б и в).
Так как конфигурация поля вокруг прямого магнита (рис. 398)
сложна, то весьма трудно выяснить учащимся 7 класса, по-
чему именно направления тока в случаях а, г и б, в получаются
одинаковыми. Таким образом, данный опыт позволяет лишь об-
наружить само явление индукции и установить, что получается
индукционный ток двух различных направлений. До-
казать же с помощью чертежа, что необходимым условием ин-
дукции является не только движение, но и пересечение силовых
линий, можно лишь с некоторой натяжкой (рис. 398).
Однако, стоит лишь взять вместо прямого U-образный магнит,
у которого силовые линии между его полюсами могут быть приняты
за ряд параллельных прямых (рис. 399), как необходимость пере-
5 50, 5
385
сечения проводника и силовых линий становится ясной из опыта,
поясняемого чертежом 400. При этом можно говорить не о внесении
в катушку того или иного полюса, что запутывает вопрос, а о
пересечении провода линиями или, наоборот, линий проводом.
5) Проделать опыт для четырёх случаев индукции, пользуясь
U-образным магнитом, избегая упоминать при рассказе о по-
кис. 400. Четыре случая индукции.
люсах, а говоря о силовых линиях того или другого напра-
вления.
Такая замена прямого магнита U-образным даёт выигрыш не
только в методическом отношении, но и в техническом, так как
гальванометр станет давать отклонения большие, чем это уда-
валось получать при пользовании прямым магнитом.
Однако, на основании проделанных опытов никак нельзя уста-
новить точную связь между направлениями: движения прово-
да, силовых линий и получаемого тока, так как направление вит-
ков катушки неизвестно. Следовательно, демонстрация с данной
•25 Е. II Горячкин
386
$ #0. 5
катушкой не может полностью удовлетворить целевой установке,
высказанной в начале раздела 5.
Таким образом, приходится или дать дополнительную де-
монстрацию для введения правила правой руки, или же, что ра-
циональнее, отказаться от данной конструкции катушки и заме-
нить её другой.
2-й вариант. Катушкой для индукции служит моток про-
волоки; три-четыре крайних витка на мотке сделаны из толсто-
го провода (железного или медного, покрытого изоляцией) с той
целью, чтобы было ясно видно направление обмотки (рис. 40, II).
Концы этих витков окрашены
в два различных цвета, напри-
мер чёрный и белый, чтобы
можно было при рассказе легко
Рис. 401. Установка для демонстрации индукции с помощью
перемещаемой катушки и U-образного неподвижного
магнита.
называть эти концы по их цвету. К концам обмотки присоедине-
ны два гибких провода, имеющие соответственно те же цвета,
т. е. белый и чёрный, и служащие для присоединения к гальва-
нометру.
Для опыта следует взять такой демонстрационный гальвано-
метр, чтобы направление отклонения его стрелки происходило
«по току» (§ 45,6). Это нужно для определения направления индук-
ционного тока.
Приступая к опытам с описанной катушкой, следует помнить,
что в правиле правой руки говорится о движении провода, а не
магнитного поля. Следовательно, при демонстрациях необходи-
мо перемещать катушку, а не магнит.
Проделать опыт в такой последовательности:
1) Укрепить на лабораторном штативе сильный U-образный
магнит. Надевая и снимая быстро катушку, показать четыре воз-
можных случая (рис. 401).
2) С помощью чертежа 400выяснить, что случаи 1—IV и II—III
совершенно идентичны, если при объяснениях не упоминать о
$ 50, b
387
Рис. 402. Расположение руки на
полюсах, а принимать во внимание лишь направление силовых
линий и направление движения провода.
3) С помощью чертежа (рис. 399) показать, что происходит
пересечение линий поля проводом.
4) Ввести правило правой руки примерно так:
«Ладонь обращаю к северному полюсу, а большой палец
располагаю по направлению движения проводников (катушки)
(рис. 402). Пальцы показывают, что ток индукции потечёт в катуш-
ке от белого конца к чёрному.
Наоборот, через гальванометр
ток потечёт от клеммы с при-
соединённым чёрным проводом
к клемме с белым. Следова-
тельно, стрелка гальванометра
(в случае присоединения чёр-
ного провода к левой клемме)
даст отклонение слева направо,
что и подтверждается опытом».
Рассмотреть применение
правила правой руки для
всевозможных случаев.
Заключение. Подытоживая всё сказанное, можно сде-
лать следующий вывод:
Анализ целевой установки демонстрации определил не толь-
ко технику опыта, но и заставил:
а) создать новый прибор по индукции с окрашенными прово-
дами;
б) вместо прямого применить U-образный магнит;
в) сделать переключения внутри гальванометра для получе-
ния отклонений стрелки «по току» (§ 45, 6);
г) при опыте перемещать катушку, а не магнит.
Таким образом, из рассмотренного примера совершенно оче-
видно, какое определяющее значение имеет методика для техни-
ки эксперимента.
6. Опыт II. Индукция вращающейся катушкой.
Приборы и материалы:!) Демонстрационный гальванометр
(рис. 113). 2) Три U-образных магнита. 3) Катушка прямоугольной формы
(рис. 393). 4) Лабораторный штатив. 5) Экран фона (рис. 56). 6) Гибкие разно-
цветные провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации, показывающей, что при по-
вороте катушки в магнитном поле индуцируется переменный ток,
меняющий своё направление два раза при каждом полном оборо-
те. Об устройстве катушки— см. раздел 2. Для успеха опыта весь-
ма важно овладеть навыком, заключающимся в поворачивании
катушки каждый раз на 180°.
23
388
£ ~>0, 7
1) Укрепить в лапках штатива два или три U-образных маг-
нита, сложив их одноимёнными полюсами. Катушку гибкими раз-
ноцветными проводами присоединить к демонстрационному галь-
ванометру (рис. 393).
2) Взяв ось катушки в руки так, как это показано на рисунке
393, поместить между полюсами магнитов. Катушку расположить
на нейтральной линии М М г Резко повернуть катушку ровно на
180° и заметить отклонение гальванометра. После успокоения
стрелки на нуле вновь повернуть катушку ещё на 180° и проде-
монстрировать отклонение в противоположную сторону.
Рис. 403. Демонстрационный контур с кольцами.
3) Тренироваться до тех пор, пока не выработается навык столь
быстрого поворота катушки на 180°, что отклонение стрелки полу-
чается почти на всю шкалу.
4) Воспользоваться цветной окраской «активных» проводни-
ков катушки, а также проводов, соединяющих её с гальваномет-
ром, и вывести правило правой руки.
5) Выяснить, как скажется на показаниях гальванометра умень-
шение числа магнитов, для чего следует оставить только один
магнит.
6) Проверить, как обеспечивается видимость. Применить эк-
ран фона.
7. Опыт Ш. Демонстрационный контур.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный контур с
кольцами (рис. 403) и с коллектором (рис. 389). 2) Две табуретки или два
ящика. 3) Бечёвка.
Демонстрация служит для объяснения способа получения пе-
ременного тока при вращении контура и выпрямления этого то-
ка коллектором.
1) Создать установку, подобную показанной на рисунке 390
и описанную в § 49, 7. Взять контур с кольцами и, применяя
§ 50, 8—9
389
правило правой руки, дать исчерпывающие объяснения1* полу-
чения переменного тока.
2) Заменить контур другим — с коллектором. Объяснить по-
лучение во внешней цепи тока с постоянным направлением.
3) Подобрать наиболее удобные положения «полюсов», конту-
ра и самого экспериментатора для обеспечения видимости и на-
глядности демонстрации.
8. Опыт IV. Магнито-электрическая машина.
Приборы и материалы: 1) Магнито-электрическая машина
(рис. 394). 2) Демонстрационный гальванометр с шунтом до 1 А (рис. 113).
3) Лампочка от карманного фонарика. 4) Электрический звонок. 5) Провода
для соединений.
Опыт служит для ознакомления с устройством и действием
магнито-электрической машины.
1) Познакомиться с устройством магнито-электрической ма-
шины. Поставить на вал машины «коллектор» с двумя кольцами.
2) Снять со шкива приводной ремень. Якорь присоединить к
гальванометру (без шунта). Обмотку якоря расположить так,
чтобы она лежала в нейтральной плоскости. Пальцами повернуть
якорь на 180°. Наблюдать отклонение гальванометра. Повер-
нув ещё на 180°, получить отклонение в противоположную сто-
рону. Тренироваться до получения ясных результатов.
3) Надеть ремень. К якорю присоединить последовательно
лампочку от карманного фонарика и амперметр до 1 А (демон-
страционный гальванометр с шунтом до 1 А (рис. 114). Привести
машину во вращение и накалить лампочку. Наблюдать, что по-
кажет амперметр.
4) Повторить последний опыт, заменив кольца коллектором
CD (рис. 394) из двух пластин. Выяснить, даст ли теперь показания
амперметр.
5) Испробовать, придёт ли в действие электрический зво-
нок.
9. Опыт V. Катушка Румкорфа.
Приборы и материалы: 1) Катушка Румкорфа (рис. 396).
2) Два-три элемента или аккумулятора. 3) Штатив для трубок Плюккера.
4) Трубки Плюккера (рис. 404). 5) Спектроскоп прямого зрения (рис. 446).
6) Лучинка с ватой на конце. 7) Спирт, денатурированный, или серный
эфир. 8) Провода для соединений.
Опыт имеет целью ознакомить с приведением в действие ка-
тушки Румкорфа (рис. 396), с применением её для получения све-
чения трубок Плюккера (рис. 404).
1) Ознакомиться по описанию и в натуре с устройством ка-
тушки Румкорфа. Включить её в цепь батареи из двух-трёх эле-
т) Объяснения вести в предположении, что они производятся перед уча-
щимися 7 класса.
390
£ 50. 9
ментов или аккумуляторов. Сведя электроды от вторичной об-
мотки почти до соприкосновения и поворачивая контактный винт D
(рис. 405), добиться получения ровного чистого тона при колеба-
Рис. 404. Установка катушки Румкорфа для приведения в действие
трубок Плвдккера.
С (Ф. Э., т. IV, § 16, 2). Прерыватель
ниях якоря
отрегулирован так, чтобы при
в колебательное движение без
должен быть
включениях тока якорь приходил
подталкивания его пальцем.
2) Раздвигая электроды,
получить между ними искру,
однако не длиннее, чем до-
пускается как предел для
данной катушки, во избежа-
ние её гибели (пробой изоля-
ции; см. Ф. Э., т. IV, § 15,1).
Рис. 405. Прерыватель катушки
Румкорфа.
Ввести в искру ватку,
смоченную спиртом или,
лучше, эфиром и намотанную
на конец лучинки (не прово-
локи!). Получить воспламе-
нение ватки.
3) Сблизив несколько
электроды, поместить на пути
искры лист плотной бумаги. Получив в нескольких местах её
пробой, обнаружить отверстия, смотря на свет.
4) Присоединить, как показано на рисунке 404, трубку Плюк-
кера, укреплённую в штативе. Согласно указаниям, данным в
§ 50, 10; § 51 I
391
§ 56, 6, в карманный спектроскоп наблюдать газовый (линейча-
тый) спектр.
10. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить опыты но геме для 7 класса и определить их целевую уста-
новку. Сделать зарисовки опытов в тетради.
2) Почему в опыте «электромагнитная индукция» отклонения стрелки
гальванометра при пользовании U-образным магнитом получаются боль-
шими (рис. 401), чем с прямым магнитом (рис. 397)?
3) Доказать, что требования, предъявленные в разделе 2 (2) к опытам
с катушкой, вращаемой в магнитном поле (рис. 393), являются выполнением
условий для получения наибольшей электродвижущей силы согласно фор-
муле
E~Blvt
где В— магнитная индукция; I — длина проводника и v— линейная
скорость движения.
4) Какой толщины — в 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 или 0,3 мм следует взять
проволоку для катушки (40 jhjh%60 мм) с целью получения наибольшего
эффекта при гальванометре с сопротивлением в 10 омов?
5) Будет ли испорчена магнито электрическая машина (рис. 394) при
коротком замыкании на себя?
6) Можно ли показать явления электролиза при помощи магнито-элек-
трической машины?
7) Для какой цели можно применить демонстрацию зажигания искрой
ваты с эфиром (раздел 9)?
8) Почему ни в коем случае нельзя питать катушку Румкорфа, хотя
бы слабым током, через ламповый реостат (рис. 308) от сети на 120 V, а тем
более на 220 V?
§ 51. Переменный ток.
Методические указания — см. т. I, § 103.
Изготовление приборов — см. т. Ill, § 50.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 69 и рис. 306—309.
1. Методические замечания. Понятие о переменном токе вво-
дится при изучении явления электромагнитной индукции на ос-
нове опыта с поворачиванием рамки в магнитном поле (рис. 393).
Однако ограничиваться только этим опытом нельзя. Необходимо
экспериментальным путём показать сходство и различие между
действиями (тепловыми, химическими, механическими и маг-
нитными) переменного и постоянного токов (рис. 406). Затем де-
монстрируется принцип действия трансформатора (рис. 407 и
408); показывается устройство (рис. 409) и применение (рис. 412)
трансформатора для изменения напряжения. Опыт, иллюстри-
рующий передачу энергии на расстояние, показать в школьных
условиях весьма трудно, так как он требует применения двух транс-
форматоров, повышающих напряжение до нескольких тысяч
вольт.
Для внеклассных занятий и, в частности, для вечеров зани-
мательной физики может быть поставлено большое число инте-
392
§ 51, 2—3
реснейших демонстраций, о чём — см. в книгах Ф. Э., т. V и Го-
ря ч к и н, «Переменный ток».
Кроме опытов, имеющих непосредственное отношение к изу-
чаемой теме, дальше описывается применение простейшего алю-
миниевого выпрямителя. В целом ряде демонстраций можно поль-
зоваться выпрямленным током, не прибегая к помощи батареи
из элементов или аккумуляторов.
2. Обзор опытов по теме: «Переменный ток». 1) Сравнение
действий переменного • и постоянного
токов — эта демонстрация (рис. 406) имеет принципиальное
значение, и поэтому обойтись без неё нельзя. Сравниваются дей-
ствия: тепловые, химические и магнитные. Весьма важно пока-
зать также, что у неоновой лампы светятся при переменном токе
оба электрода, а при постоянном — один.
2) Получение переменного тока поворо-
тами рамки — см. § 50, 6.
3) Индукцию током, как вводную к объяснению
принципа устройства трансформатора, показывают при помощи
установки, изображённой на рисунке 407. К первичной обмотке
В катушки для индукции (рис. 392) присоединяют через ключ
один-два элемента. Вторичную обмотку А включают к демон-
страционному гальванометру. Демонстрируют возникновение во
вторичной цепи тока при замыкании и размыкании тока в первич-
ной. Показывают, что при железном сердечнике С эффект индук-
ции усиливается. Попутно, сделав в первичной катушке ток
непрерывным и вдвигая её и выдвигая, демонстрируют явление
индукции, соответствующее описанному в § 50, 5 при вдвигании
полюса магнита.
3. Обзор опытов по теме: «Трансформатор». 1) Принцип дей-
ствия трансформатора. Описанный выше опыт — индукция то-
ком (рис. 407), как указано, служит введением при изучении транс-
форматора.
Прибор Томсона также весьма полезен для этой же цели
(рис.408). Он состоит из катушки с выступающим железным сердеч-
ником. Катушку включают непосредственно (без реостата) в цепь
переменного тока освещения (120 У,ноне 220 V), ни в коем случае
не йынимая сердечника 1\ Осторожно надевая на сердечник
катушку Л, укреплённую на деревянном кольце с ручкой, показы-
вают, чте лампочка от карманного фонарика накаливается.
Соскакивание алюминиевого кольца В с сердечника и ви-
сение медного кольца С—опыты, которые не могут быть
объяснены одним явлением индукции и требуют понятия о сдвиге
фазы2).
Без сердечника катушка сгорит. С сердечником катушка, не перегре-
ваясь,'выдерживает под током не более 5—6 мин.
а) См. Горячкин, «Переменный ток», §§ 25 и 26.
Перемен-
ный ток
Постоян-
ный ток
Сравнение действий постоянного
и переменного токов
Тепловые действия одина-
ковы: накаливание волоска
электрической лампочки мо-
жет быть вызвано, как пере-
менным, так и постоянным
током.
Химические действия неоди-
наковы: при электролизе рас-
твора медного купороса по-
стоянный ток вызывает выде-
ление меди на аноде; при про-
пускании через тот же раствор
переменного тока выделения
меди не заметно.
При электролизе раствора
серной кислоты постоянный
ток вызывает выделение на
аноде кислорода (1 часть по
объёму) и на катоде водорода
(2 части). При электролизе
того же раствора переменным
током на аноде и катоде вы-
деляются одинаковые количе-
ства смеси кислорода и водо-
рода.
Магнитные действия неоди- наковы: намагниченная сталь-
ная полоска притягивается к электромагниту, питаемому постоянным током; при пита- нии электромагнита перемен Ным током полоска колеблет- ся.
У неоновой лампы при по- стоянном токе светится один электрод, при переменном то- ке— попеременно оба элек- трода. и
Рис. 406.
39'i
Рис. 407. Установка для демонстрации
индукции при перерывах тока.
(рис. 409). Этот трансформатор предназначен, главным образом,
для демонстрации его устройства. Однако, его можно применять
и для длительной нагрузки при мощности не более 50 W. Поэто-
му трансформатор оказывается пригодным для накаливания ки-
Рпс. 408. Прибор Томсона.
нопроекционных ламп на
12 V, в 30 W и 50 W в
школьных фонарях.Транс-
форматор состоит из же-
лезного сердечника, скла-
дывающегося из двух час-
тей А и В, скрепляемых
посредством стяжного бол-
та С. Три катушки явля-
ются сменными и предна-
значены соответственно
для напряжений в 220 V,
120 V и 12 V. Сопротивле-
ния их (омические) равны
50, 10 и 0,25 ома.
Для питания вольтовой
дуги трансформатор не
пригоден.
С трансформатором
весьма эффектны опыты
потухания электрической
§ al, 4—5
395
лампочки (100—300 W) при введении в катушку железного
сердечника. Эти опыты, подробно описанные в Ф. Э., т. V,
§ 15, 8, рекомендуются для вечера занимательной физики.
Полезным оказывается в школе трансформатор СО—0,04 для
детских электроигрушек, позволяющий получить различные
напряжения 4 V, 6 V и 8 V (рис. 410).
4. Алюминиевый выпрямитель. Опыты с описанными далее
выпрямителями приводятся для того, чтобы преподаватель мог
использовать их для демонстраций при отсутствии источников
постоянного тока.
Рис. 409. Школьный разборный транс- Рис. 410. Трансформатор для
форматор. детских игрушек.
Выпрямитель состоит из двух электродов: одного — алюминие-
вого (проволока, палочка, пластинка), покрытого слоем окиси, и
другого — железного или свинцового, погружённых в насыщенный
раствор соды или, лучше, углекислого аммония1^ (рис. 413).
Плёнка* окиси на алюминиевом электроде позволяет получить
вентильное действие (одностороннюю проводимость), именно:
ток оказывается способным течь через неё от алюминия к друго-
му электроду (железу), но не в обратном направлении (подроб-
нее — см. Ф. Э., т. I, §§ 56—58). Образование этой плёнки проис-
ходит при пропускании переменного тока через раствор. Этот
предварительный процесс носит название формовки. Описанные
далее выпрямители с проволокой формуются почти моментально.
5. Опыт I. Изучение действия трансформатора.
Приборы и материалы: 1) Разборный трансформатор (рис.409).
2) Лампочки на 4, 12 и 220 .V и две на 120 V. 3) Изолированный
провод толщиной в 0,5—0,8 мм. 4) Вольтметр переменного тока на 220 V.
5) Электромотор «Конструктор» (рис. 383). 6) Никелиновый провод толщиной
в 0,3—0,5 мм. 7) Провода для соединений. 8) Ключ.
1) Раствор соды перестаёт оказывать выпрямляющее действие при тем-
пературе в 60—70°; при углекислом аммонии выпрямление происходит даже
при закипании этого раствора.
396
§ Ы 5
Опыты имеют своей целью научить пользоваться трансфор-
матором для демонстраций. Надо помнить, что катушку на 12 V
ни в коем случае нельзя непосредственно включить в цепь тока
в 120 V, а тем более в 220 V. Катушки на 120 V и на 220 V также
нельзя непосредственно присоединять к сети освещения, если они
не надеты на железный сердечник.
1) На сердечник надеть катушки на 12 V и на 120 V. Присоеди-
нить к катушке на 12 У кинопроекционную лампочку на 12 V
(рис. 71, V). Включив катушку на 120 V в сеть освещения, по-
лучить накал двенадцативольтовой лампочки.
Т
R
Рис. 411. Схема включения мотора через трансформатор.
2) Заменить лампочку на 12 V мотором М от набора «Кон-
структор» (рис. 383), включив в его цепь последовательно реостат
R с движком (§ 49, 9) и с сопротивлением в 5 омов (рис. 411, I).
Наблюдать вращение мотора. Показать изменение числа оборотов
мотора при увеличении и уменьшении сопротивления на реос-
тате.
3) Сделать при помощи круглого карандаша спираль из пят-
надцати-двадцати витков никелиновой проволоки толщиной
не более 0,5 мм и посредством медных проводов приключить её
к катушке на 12 V (рис. 412, I). Катушку на 120 V на короткое
время включить в сеть освещения. Если никелиновый провод
раскалится сильнее, чем до красного каления, число витков
прибавить, взяв проволоку более длинную. Если накал окажет-
ся недостаточным, постепенно убавлять длину никелиновой про-
волоки.
4) На сердечник надеть только одну катушку на 120 V. Взять
медный изолированный провод длиной в 1—1,5 м щ сделав им
не более трёх-четырёх витков на свободном стержне сердечника,
присоединить концы к лампочке от карманного фонарика
(рис. 412, II). Включить первичную катушку на 120 V в
сеть освещения. Затем увеличивать число витков, обкручивая
для этого провод вокруг стержня, до получения нормального на-
кала лампочки на 4 V, и тем самым показать зависимость полу-
чаемого напряжения от числа витков.
т) Для опыта пригоден кусочек спирали от перегоревшей электроплитки
(рис. 130).
5 51, в
397
5) На сердечник надеть одну катушку на 120 V. На свобод-
ном стержне сделать пять-шесть витков из изолированного про-
вода, ни в коем случае не толще 0,3 мм. Включив катушку на
120 V в сеть освещения, замкнуть посредством ключа вторичную
(сделанную) обмотку накоротко. Продемонстрировать(на короткое
время), как из этой обмотки пойдёт дым вследствие разрушения
изоляции от нагревания.
II
Рйс. 412. Различные опыты с трансформатором.
6) На сердечник надеть катушки на 120 V и на 220 V
(рис. 411,11). К катушке на 220 V присоединить вольтметр пере-
менного тока на 220 V и затем одну лампочку на 220 V или две на
120 V, соединив их последовательно. Продемонстрировать по-
вышающее действие трансформатора.
6. Опыт II. Простейшим выпрямитель.
Приборы и материалы. 1) Крышка от набора Горячкина
(рис. 310). 2) Электроды — алюминиевая палочка свин новая пластинка,
два угля. 3) Консервная жестяная банка. 4) Кусок алюминиевой проволоки
(толщиной в 0,8—1,5 мм и длиной в 20—30 см). 5) Растворы медного ку-
пороса и углекислого аммония. 6) Простейший электромоторчик с магнитом
(рис. 381). 7) Неоновая лампочка. 8) Амперметр переменного тока до 10 А.
Я) Разборный трансформатор (рис. 409). 10) Провода для соединений.
11) Кювета.
Опыты служат для ознакомления с простейшим видом алюми-
ниевого выпрямителя.
1) Укрепить в крышке прибора Горячкина алюминиевую палоч-
ку и свинцовую пластинку и погрузить их в раствор соды или, луч-
ше, углекислого аммония (рис. 413, I). Присоединить последова-
тельно к этому выпрямителю В амперметр А переменного тока
(рис. 414, I) и включить их в цепь переменного тока освещения
на 120 V, предварительно вытянув вверх алюминиевую палочку
настолько, чтобы её нижний конец оказался выше поверхности
жидкости. Вдвинуть палочку на 1—2 см в жидкость и держать
398
.? ~>t, 6
так до тех пор, пока ток не уменьшится почти до нуля. Затем по-
степенно погружать палочку и таким образом отформовать всю её
Рис. 413. Простейшие выпрямители.
2) Включить неоновую лампу сначала в сеть переменного то-
ка и убедиться, что у неё светятся оба электрода. Затем в цепь
последовательно с лампочкой N ввести отформованный выпря-
митель В (рис. 414, II) и наблюдать свечение только одного из элек-
Рис. 414. Схемы включения выпрямителя.
тродов, что является характерным для постоянного тока (рис.
406).
3) Использовать выпрямитель не только по его прямому на-
значению, но и как водяной реостат. Выдвинуть алюминиевую
палочку из жидкости и последовательно с выпрямителем В вклю-
§ 51, 7 399
чить модель упрощенного моторчика М с магнитом (рис. 414, Ill).
Постепенно погружать палочку в раствор, уменьшая тем самым
омическое сопротивление выпрямителя, до приведения в действие
моторчика, работающего только от постоянного тока1).
4) Включить последовательно с выпрямителем В два уголь-
ных электрода D, погружённых в раствор сернокислой меди
(рис. 414, IV). Конец алюминиевой палочки погрузить в электро-
лит на несколько миллиметров. Через две-три минуты убедиться в
отложении меди на одном из углей. Определить, как располо-
жены полюсы у выпрямителя.
5) Вставить в достаточно узкую резиновую трубочку алюминие-
вую проволоку* 2). Провод согнуть соответствующим образом для
его укрепления внутри жестяной банки (рис. 413, II). Налить в
банку раствор углекислого аммония или соды. Изготовленньгм
выпрямителем воспользоваться для повторения одного из описан-
ных опытов с целью проверки выпрямляющего действия или для
зарядки аккумулятора (§ 44, 9). Для формовки достаточно за-
мкнуть выпрямитель на мгновение накоротко, включив его в цепь
переменного тока.
6) Понизить напряжение посредством разборного трансфор-
матора Т со 120 V до 12 V ив цепь тока низкого напряжения вклю-
чить выпрямитель В (рис. 414, V) и один из приборов D, нуждаю-
щихся в постоянном токе. Сопротивление выпрямителя сделать
наименьшим, выдвинув алюминиевую проволочку из трубки воз-
можно больше.
7. Вопросы к отчёту студентов:
1) Наметить демонстрации для 7. класса по теме и определить их це-
левые установки. Сделать зарисовки в тетради.
2) Какое напряжение даст трансформатор (рис. 409) с катушками на
120 V и на 220 V, если последнюю (на 220 V) присоединить к сети освеще-
ния на 120 V?
3) Можно ли при условиях, изложенных в предыдущем вопросе, вос-
пользоваться разборным трансформатором для питания вольтовой дуги
(см. § 46,»)?
4) Какими простыми соображениями можно руководствоваться при
подборе спирали от плитки в опыте накаливания проводника током
в 12 V?
5) Как сделать добавочную обмотку на поверхности катушки на 12 V для
получения 4V, т. е. для накаливания лампочки от карманного фонарика?
Как сделать отвод от обмотки на 12V для той же цели?
6)- Наметить круг опытов, которые можно произвести, пользуясь алю-
миниевым выпрямителем.
7) Почему описанный алюминиевый выпрямитель нельзя применить
для зарядки аккумуляторов?
Ч Включать только на самое короткое время, ввиду неизбежного об-
горания контактов (см. §-41, 4, пункт 10).
2) Можно применить алюминиевый провод в резиновой изоляции, уда-
лив последнюю на конце на расстояние 8—10 мм.
400
52, 7-3
Глава десятая.
ДЕМОНСТРАЦИЯ ПО ОПТИКЕ И АКУСТИКЕ.
§ 52. Общие замечания к опытам по оптике.
1. Затемнение помещения. Проведение опытов по оптике обя-
зательно требует устройства затемнения (§ 7, 4) в классе. При от-
сутствии затемнения прохождение оптики надо считать сорван-
ным, так как изложение сведётся к наихудшим видам догмы. Так
как для подавляющего числа опытов возможно ограничиться по-
лузатемнением, то устройство временного затемнения с помощью
учащихся (одеяла, газетная зачернённая бумага в два-три слоя
и т. п.) вполне осуществимо. При полной невозможности устроить
хотя бы временное, несовершенное затемнение, единственным вы-
ходом из положения является проведение эксперимента в вечер-
ние часы.
Опыты по оптике чрезвычайно эффектны и всегда производят
на учащихся сильное впечатление, почему труд преподавателя
по их организации и воспроизведению будет вознаграждён.
2. Исключение постороннего света. При всех опытах по оп-
тике оказывает мешающее действие, осветляя в некоторой мере
всё помещение, та часть света от источника, которая не исполь-
зуется для опыта. Так, например, лампа для получения изобра-
жений бесполезно разбрасывает свет во все стороны; лишь его
малая часть попадает в линзу и даёт изображение. Этот неисполь-
зуемый «посторонний» свет необходимо свести до минимума, для
чего источники света нередко помещают в коробки с одной от-
крытой стенкой или в глубокие колпаки (рис. 58), вычерненные
внутри. Ещё большее устранение постороннего света даёт добав-
ление к коробкам и колпакам диафрагмы, т. е. стенки с прорезан-
ными в них отверстиями, форма и размер которых подбираются
специально для каждого отдельного случая.
Особенно же важно заслонить действие прямых лучей источ-
ника света на глаза учащихся. Эти лучи оказывают «ослепляющее»
действие и понижают видимость наблюдаемого явления. Так, ес-
ли источник света окажется закрытым со стороны учащихся, то
видимость изображений и всего опыта окажется более надёжной.
Для устранения «слепящего» света применяют те меры, какие
указаны выше, а когда это невозможно, ставят со стороны уча-
щихся непрозрачные экраны.
Проекционный фонарь школьного типа, если свет прорывает-
ся сзади, закрывают куском непроницаемой для света ткани.
3. Источники света. Источники света, применяемые при опы-
тах по оптике, разнообразны. В одних случаях наиболее выгодно
применять свечи, керосиновые лампы (рис. 520), в других —
нужны источники, приближающиеся к точечным; к числу таких
относятся электролампочки: от карманного фонарика и кинопро-
$ 52, 4-5
401
екционные на 12 и 110 V, котельная на 12 V (рис. 71). Для полу-
чения изображения с помощью линз (§ 54, 8) наиболее подходя-
щими являются электролампочки —угольная и синяя маскиро-
вочная, но может быть применена и обычная газонаполненная.
Весьма важно для обеспечения опыта с «полутенью» приобрести
шарообразный абажур молочного стекла или матовый.
В случае отсутствия электрического освещения единствен-
ным подходящим источником света для проекционного фонаря
является ацетиленовая горелка (§ 13, 14) (рис. 79). При исправ-
ном действии эта горелка позволит проводить проектирование и
демонстрации, в частности — с шайбой Гартля (§ 55, 2 и рис. 435)
нисколько не хуже, чем с электрическими источниками света.
Для других опытов следует применять лампочку от карманного
фонарика или автомобильные на 6—12 V, накаливая их от бата-
реи элементов типа МВД (§ 17, 7 и рис. 123).
4. Экраны. Для опытов нужны прежде всего стенной экран
(§6, 8) и, кроме того, малые настольные экраны (рис. 56). Такими
экранами могут служить листы фанеры или картона, оклеенные
с двух сторон1) белой бумагой. Весьма полезен просвечивающий
экран, который может быть изготовлен из чертёжной кальки или
восковой бумаги, натянутой на деревянной раме (рис. 57).
Особенно хорошими просвечивающими экранами являются
стёкла — матовые или, лучше, молочные, приобретаемые в ма-
газинах фотографических принадлежностей. Применение про-
свечивающих экранов позволяет пользоваться менее сильными
источниками света без снижения видимости. Малые экраны весьма
удобно закреплять в лапках штатива.
5. Обнаружение путей лучей света. Во многих опытах по оп-
тике надо показывать пути, по которым идут лучи или, вернее,
пучки лучей света. Чем чище воздух, тем менее заметны эти пуч-
ки. Чтобы сделать пучок ясно видимым, существует несколько
способов. Наиболее простым из них является задымление возду-
ха посредством дымаря, хотя это нежелательно по гигиениче-
ским соображениям (§ 11, 5 и рис. 60). Поэтому к этому способу
прибегают только тогда, когда пучок света является чересчур длин-
ным или широким (§55,2). Второй способ, применяемый для сра-
внительно коротких и нешироких пучков, состоит в том, что под
весьма малым углом к пучку света ставят белый матовый экран.
Тогда пучок прокладывает по экрану освещённую полоску,
ясно видимую в затемнённом помещении (см. § 55, 6 и 7). Дей-
ствие универсального прибора, называемого шайбой Гартля,
основано на этом принципе (§ 55, 2 и рис. 435).
Пучки лучей света, проходящие внутри жидкости или на её
границе, могут быть обнаружены тем же способом при помощи
При оклеивании с одной стороны лист картона покоробится в одну
сторону.
26 Е. H Горячкин
402
$ X*, 1
экрана. Особенного внимания заслуживает подкрашивание во-
ды флюоресцирующими веществами, например, флюоресцином.
В растворе флюоресцина путь пучка становится совершенно яс-
но видимым.
§ 53. Распространение света.
Методические указания — см. т. I, § 107.
Изготовление приборов — см. т. III, § 51.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 71 и 72 и рис. 310—319.
Рис. 415. Прокалывание отверстий в
футляре, окружающем лампочку.
1. Обзор опытов по теме: «Распространение света». 1) Пря-
молинейное распространение света может
и должно быть показано не-
сколькими способами.
а) Непосредственное на-
блюдение прямолинейности
обеспечивают, создавая при
помощи проекционного фо-
наря узкий пучок парал-
лельных лучей (§ 55, 4).
Для улучшения видимости
прибегают к задымлению на
пути лучей, для чего поль-
зуются дымарём (§ 11, 5).
б) Горящую электричес-
кую лампочку накрывают
коробкой из тонкого картона
и шилом или острым гвоздём
прокалывают в различных
местах её стенок отверстия
(рис. 415). По положению
«зайчиков» на потолке и стенах относительно отверстия и лампоч-
ки заключают о прямолинейности распространения лучей света.
в) Перед лампочкой ставят два-три экрана 1, 2, 3 с отверстия-
ми (d = 1—1,5 см) так, чтобы на просвечивающем экране А по-
лучилось световое пятно (рис. 416). Добившись этого, продевают
Рис. 416. Обнаружение прямолинейности распространения света.
£ 53, 1
403
через отверстия нитку и, туго натягивая её между лампочкой и
пятном на экране, доказывают прямолинейность распростране-
ния свет$ (см. Ф. Э., т. VF, § 21, 2).
г) Накрыв «точечную» лампочку (12 V, 50 W, рис. 71) ко-
робкой с отверстием (d=l—1,5 см) в стенке и на верхнем основа-
нии, показывают при помощи
дымаря, что пучок лучей яв-
ляется расходящимся, образуя
более или менее правильный
конус.
2. Изображе-
ние, получае-
мое посредст-
вом малого от-
верстия. а) Опи-
санный выше опыт с
узким отверстием в
непрозрачном фут-
Рис. 417. Опыт с сидением от стула.
ляре, закрывающем
лампочку (рис. 415), может служить для получения изображений.
б) Лампочку с возможно большим по своим размерам светя-
щимся волоском (угольную или, что хуже, газонаполненную)
помещают внутрь коробки1), в стенках которой сделаны отверстия
различного размера (диаметром примерно в 1, 2, 3 и 4 мм).
На просвечивающем экране (§ 52, 4) показывают полученные
изображения, обращая внимание на то, что они, во-первых,
являются перевёрнутыми и что, во-вторых, их резкость и яркость
зависят от диаметра отверстия.
Рис. 418 и 419. Четырёхточеч-
ный источник света.
в) Между обыкновенной лам-
почкой (расположив её горизон-
тально) и стеной или белым экра-
ном помещают деревянное решёт-
чатое сидение от стула (рис. 417).
Получают ряд изображений во-
лоска лампочки («червячков»).
Опыт весьма эффектен; видимость
возрастает, если с боков и сза-
ди прикрыть лампу. Если «чер-
вячки» накладываются друг на
друга, то некоторые отверстия
надо заделать хлебным мякишем,
замазкой и т. п.
г) В кружковой работе полезно поручить учащимся построить
камеру-обскуру (см. Ф. Э., т. VI, § 23, 6) и произвести фотогра.-
фирование камерой без объектива (см. Ф. Э., т. VI, § 23, 7).
*) Эффективность опыта сильно возрастает, если коробку внутри зачер-
нить закапчиванием или посредством окраски.
26*
404
§ 53, 1
з
2 i
Рис. 420. Получение тени и полутени
с помощью четырёхточечного
ка света.
например, на
источни-
и п о л у-
д) Для домашней работы следует рекомендовать учащимся
получение изображения пейзажа посредством малого отверстия
в ^ставнях окна в комнате
или ином затемнённом поме-
щении.
3) Провешивание
линий. Опыты с провеши-
ванием не демонстративны;
учащиеся знакомятся с ними
на лабораторных работах
(§70, 3—6).Следует поручить
учащимся во внеурочное вре-
мя произвести провешивание
на местности,
пришкольном участке (см.
т. I, рис. 257).
4) Т е н ь
тень, а) Получение тени с точечным источником света должно
являться предметом демонстрации (§ 24, 1).
б) Для объяснения получения тени и полутени весьма полез-
на демонстрация с источником света из 4—5 ламп для карманного
фонарика (рис. 418—419). Поместив между экраном и источниками
света кружок, зажигают одну лампу за другой и показывают об-
разование полутеней различной интенсивности (рис. 420).
Рис. 421. Установка для демонстрации «затмения Солнца».
§ 53, 2; § 54, 7
405
в) В качестве источника света с большой поверхностью приме-
няют шар из молочного стекла, внутри которого помещена элект-
рическая лампочка. Тень и полутень получают от крокетного
шара или от мяча (см. ф. Э., т. VI, § 22, 3).
г) Для объяснений смены дня и ночи и солнечных затмений
служит теллурий (см. Ф. Э., т. VI, § 22, 5) (см. т. I, рис. 255).
Возможно обойтись и без него, воспользовавшись географическим
глобусом (Земля) и мячом или картофелиной (Луна), а также
вогнутым зеркалом (рис. 265) с помещённой в его конусе электри-
ческой лампочкой (Солнце) (рис. 421).
2. Обзор опытов по теме:* «Освещённость». 1) Демонстрацию
зависимости освещённости от расстоя-
ния проводят, взяв три экрана. Их помещают на расстояниях,
находящихся в отношении 1:2:3, и освещают расходящимся
пучком света, например, от электрической лампочки. Экраны
располагают так, чтобы они проектировались друг на друга для
возможности сравнения их освещённости (см. Ф.Э., т. VI, §49, 1).
2) Демонстрацию зависимости освещённости от у г л а на-
клона площадки к пучку лучей, описанную в Ф. Э., т. VI,
§ 49, 2, надо признать сложной для семи летней школы; по данно-
му вопросу в отношении эксперимента существует пробел.
§ 54. Отражение света.
Методические указания — см. т. I, § 108.
Изготовление приборов — см. т. III, § 52.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 73 и рис. 320—325.
1. Методические замечания. По теме «Отражение света» экс-
перимент весьма многочисленен и разнообразен. Однако, число
опытов, которые могут быть показаны в классе, сравнительно
невелико. Дополнительный эксперимент на данную тему представ-
ляет собой благодарнейший материал для внеклассных за-
нятий, в частности, для вечеров занимательной физики. К числу
занимательных и поучительнейших опытов должны быть отне-
сены: отражение от двух или нескольких плоских зеркал (Ц и н-
ге р, рис. 468; Ф. Э., т. VI, § 26, 1 и 4), в том числе калейдоскоп
(Ф. Э., т. VI, § 26, 5), коленчатая труба (Ф. Э., т. VI, § 26, 6) и
параллельные зеркала (Ф. Э., т. VI, § 26, 9 и 10). Ещё более ин-
тересными ддя учащихся являются опыты с получением изобра-
жений в сферических зеркалах (Ф. Э., т. VI, § 27, 8), в том числе
особо занимательная демонстрация оптического обмана (Ф. Э.,
т. VI, § 27, 9), а также опыты с кривыми зеркалами (Ф. Э., т. VI,
§28, 1-5).
В настоящей работе изучаются опыты со сферическими зер-
калами и демонстрации получения изображений при помощи линз,
во многом схожие по технике и методике своего воспроизведения.
406
§ 2
Рис. 422. Прибор Т ин да-
fl я для демонстрации зако-
на отражения света.
2. Обзор опытов по теме: «Законы отражения света». Для де-
монстраций отражения света необходим слабо расходя-
щийся (§ 55, 4) или, лучше, параллельный (§ 55, 4)
пучок света, а также угломерное
приспособление. Наиболее распростра-
нёнными в школах оказываются следу-
ющие специальные приборы:
1) Прибор Тиндаля, со-
стоящий из зеркала А, которое мо-
жет поворачиваться вокруг оси и
снабжено* перпендикулярной к нему
стрелкой, указывающей на шкалу (рис.
422). О пользовании прибором — см.
Ф. Э., т. VI, § 24, 2.
2) Прибор Мюллера состоит
из небольшого зеркальца С (рис. 423),
которое может вращаться вместе со
стрелкой D внутри полуцилиндрической
коробки; на её стенках нанесены деле-
ния в градусах. Луч света, пропущенный через, щель В, после от-
ражения от зеркальца даёт зайчик на шкале. Таким образом можно
убедиться в равенстве углов: а) между щелью и стрелкой (пер-
пендикуляр к зеркалу) и б) между зайчиком и стрелкой. При-
бор пригоден более для индивидуальных наблюдений, чем для
демонстраций.
Рис. 423. Прибор Мюллера для демонстрации закона отражения света.
3) Шайба Гартля обеспечивает наглядный показ
большинства опытов на законы отражения, и её должно предпо-
честь перед прибором Тиндаля, а тем более Мюллера. Описание
опытов с шайбой Гартля включено в следующую работу (§ 55.3
и 5—7) (рис. 435).
4) Лабораторная работа на закон отра-
жения света описана в § 70, 3.
$ м, 3
407
В
Рис. 424. Опыт со свечой и зеркаль-
ным стеклом.
5) Отражение рассеивающей поверхно-
стью может и должно быть показано с помощью упрощенно-
го прибора, описанного в § 57, 3. Важно для сравнения продемон-
стрировать отражение от зеркала (жесть), от обыкновенного или,
лучше, зеркального стекла и от белой и, наконец, от чёрной бу-
маги (рис. 449).
3. Обзор опытов по теме: «Отражение от плоского зеркала».
1) Место изображения в плоском зеркале демонстри-
руют, взяв зеркальное стекло С и две одинаковые свечи, одну А из
них—зажжённую (рис. 424).
Расположив последнюю перед
стеклом, ставят за ним вторую
Аа незажжённую в таком месте,
чтобы она при наблюдении
сквозь стекло казалась горя-
щей. Измерением доказывают,
что свечи оказываются распо-
ложенными на перпендикуляре
к стеклу на равных расстоя-
ниях от него. Для большей
видимости опыта необходимо
за стеклом поместить чёрный
экран фона В (рис. 56). Для
опыта можно воспользоваться
двумя настольными электриче-
скими лампочками, при этом
надо зажжённой давать, прибе-
гая к помощи реостата, неполный накал для уменьшения
её «слепящего» действия на глаза учащихся.
2) «Криво е», т. е. дающее искажённое изображение, пло-
ское зеркало можно приобрести в качестве брака в ма-
газине ширпотреба или изготовить, нанеся зеркальный слой на
специально подобранное стекло. Демонстрация его посредством
вывешивания на стене заслуживает особого внимания на вечерах
по физике.
3) Гелиограф показывают сначала при помощи одного,
а затем двух зеркал, укреплённых на штативах, пользуясь сол-
нечным светом (Ст. уч., рис. 169 и 170) (см. т. I, рис. 264).
4) Перископ показывается на модели упрощенного типа.
5) Калейдоскоп, коленчатая труба, параллельные зер-
кала — см. Ф. Э., т. VI, § 26, 5, 6 и 9.
6) Отражение от' рассеивающей поверхно-
сти (бумаги) — просто осуществимый опыт, рекомендуемый для
вечеров по физике (рис. 425).
т) Осколок от стекла с письменного стола или от зеркала, очищенного
от зеркального слоя.
A 08
§ o4, 4—5
Рис. 425. Отражение света, от рассеиваю-
щей поверхности.
4. Обзор опытов по теме: «Сферические зеркала». 1) Отра-
жение от прямой, вогнутой и выпуклой поверхно-
сти может быть продемонстрировано с помощью плоской поло-
сы из жести, на которой чёрной краской нанесён поперёк ряд
равно отстоящих полосок, или, лучше, из зачернённой полоски
картона с укреплёнными
на ней полосками зеркала
(рис. 4 и 426). Отражение
дневного света даёт сра-
внительно слабую види-
мость. Лучшие результаты
получаются при освеще-
нии параллельным пуч-
ком света от проекцион-
ного фонаря (см. Ф. Э.,
§ 27, 1). Ещё лучше вос-
пользоваться для демон-
страции шайбой Гартля
(§ 55, 3).
2) Вогнутые и
выпуклые зеркала
небольшого размера (8—
12 см) имеются в продаже
(рис. 427); они предназна-
чены для лабораторных
работ, а также для рас-
изображений. В качестве
выпуклых зеркал можно использовать сосуд Дьюара и радио-
лампы старого типа с «посеребрённой» внутри поверхностью.
3) Получение изображений с помощью зеркал —
см. раздел 7.
4) Прожектор лучше всего демонстрировать посред-
ством автомобильной фары. См. также раздел 6.
5) Оптический обман — исключительная по эф-
фекту демонстрация, рекомендуемая для вечеров занимательной
физики. Однако она требует для своего осуществления длинного
помещения, лучше всего затемнённого коридора (см. Ф. Э., t.VI,
§ 27, 9).
Рис. 426. Полоски зеркал для демон-
страции отражения света.
сматривания человеком собственных
5. Опыт I. Определение фокуса сферического зеркала.
Приборы и материалы: 1) Сферическое зеркало. 2) Элек-
трическая лампочка. 3) Картон с прорезом в виде буквы (рис. 428, I). 4) Три
лабораторных штатива. 5) Масштабная линейка.
Опыт служит для изучения способа, позволяющего прибли-
жённо определить величину радиуса зеркала, а следовательно,
п положение главного фокуса. Для опыта нужен лист картона,
§ >4, 6
409
в котором сделан прорез в ви-
де буквы или такой формы,
чтобы можно было судить, яв-
ляется ли его изображение об-
ратным или нет (рис. 428, I).
1) Укрепить лампочку, зер-
кало и «прорез» А на штати-
вах и расположить их так,
как показано на рисунке 428.
Поместить лампочку, судя на
глаз, дальше центра зеркала и
расположить её на главной оп-
тической оси.
2) Сдвигая картон А вдоль
главной оптической оси зеркала,
получить на нём обратное изо-
бражение с, по величине равное
«прорезу» Ь (рис. 428, I). Изме-
рением найти величину ради-
уса зеркала и отсюда положе-
ние главного фокуса.
6, Опыт II. Получение па-
раллельного пучка света сфе-
рическим зеркалом.
Приборы и материалы:
1) Зеркала — Пикте и вогнутое малое
(рис. 265 и 427). 2) Электрические
лампочки — кинопроекционные (12 V
или 120 V, рис. 71) и обыкновен-
ная. 3) Масштабная линейка. 4) Два
лабораторных штатива.
Рис. 427. Сферическое зеркало.
Рис. 428. Установка для определения фокуса сферического зеркала.
410
§ 54, 7—8
Опыт имеет своей целью изучение центрирования источника
света для получения параллельного пучка лучей света.
1) Определить приближённо центр зеркала и отсюда его фокус
(см. раздел 5). На главной оптической оси и притом в фокусе зер-
кала поместить электрическую кинопроекционную лампочку на
12 V или на 120 V (рис. 429). Пучок света направить на стену,
возможно далее расположен-
ную. Смещать источник света
вперёд и назад, добиваясь по-
лучения на стене равномерно
освещённого круга, по своим
размерам примерно равного
зеркалу.
3) Укрепив на штативе или
иным образом вогнутое зеркало
А от осветителя проекционного
фонаря (рис. 72) и расположив
его указанным на рисунке 429
образом, пронаблюдать, как его
присутствие отразится на осве-
щённости круга. Найти такое
положение для этого зеркала,
чтобы освещённость круга по-
лучилась наибольшей и равно-
_ мерной.
Рис. 429. Установка для получения г, ч т-г
параллельного пучка света. Повторить опыт, взяв
вместо кинопроекционной обык-
новенную лампочку. Сравнить полученные результаты (пункт 2)
и объяснить их.
7. Опыт Ш. Получение изображений сферическими зеркалами.
Приборы и материалы: 1) Сферические зеркала — вогну-
тое и выпуклое (рис. 427). 2) Электрическая лампочка. 3) Экран (картон или
молочное ‘ стекло). 4) Три лабораторных штатива. 5) Масштабная линейка.
По описанию, данному в книге Ф. Э., т. VI, в § 27, 8, проде-
лать опыты для случаев 1—5.
8. Опыт IV. Получение изображений с помощью линз.
Приборы и материалы:!) Набор линз (рис. 437). 2) Линза
от конденсора проекционного фонаря (рис. 61). 3) Электрическая лампочка —
обычная или угольная. 4) Просвечивающий экран. 5) Три лабораторных
штатива. 6). Метровая линейка или рулетка.
Опыт имеет целью получение изображения при помощи линз.
Наиболее подходящей является линза с фокусным расстоянием
в 15—20 см. Линзы из набора являются недостаточными по своей
светосиле, поэтому желательно взять линзу большего диаметра.
§ 9
411
Рис. 430. Установка для получения
изображений с помощью линз.
1) Укрепить экран и лампочку (обыкновенную —горизонталь-
но, угольную — вертикально) наштативах, линзу О вставить в под-
ставку или поместить на штативе, предварительно заделав её в
оправу (рис. 430).
2) Получить уменьшенное обратное изображение волоска лам-
почки, поместив последнюю за двойным фокусом. Обратить осо-
бое внимание на резкость изо-
бражения. Измерить величины
d и /.
3) Приближать лампочку к
линзе и удалять экран, добива-
ясь, чтобы изображение ока-
залось равным по величине
предмету (волоску). Измерением
проверить выполнение условия
d = f. Найти величину главно-
го фокусного расстояния F.
4) Поместив лампочку между
двойным фокусом и фокусом,
получить на стене обратное уве-
личенное изображение. Изме-
рить расстояния d и /.
Расположив лампочку в
главном фокусе, получить па-
раллельный пучок лучей. Выяснить, какой вид имеет световое
пятно, получаемое при этом на отдалённой стене.
6) Повторить опыты, взяв коротко-фокусную линзу —от кон-
денсора проекционного фонаря. Выяснить, как на изображениях
сказываются явления хроматической и сферической аберраций.
7) Выяснить обеспечение видимости опыта, а также решить,
насколько помещение должно быть затемнено.
8) Определить, как влияет на видимость снабжение лампочки
глубоким колпаком (рис. 58).
9. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме «Отражение света», определить их
целевую установку. Сделать зарисовки установок.
2) Начертить ход лучей при определении радиуса зеркала с помощью
картона с прорезом (рис. 428).
3) Начертить ход лучей в установке, показанной на рисунке 430.
4) Как надо проводить демонстрацию прожектора? Годится ли опыт
«Получение параллельного пучка»’, описанный в разделе 6, для демонстрации
в классе (рис. 429)?
5) Нужно ли при получении изображения сферическим зеркалом (раз-
дел 7) надевать на лампочку глубокий колпак (рис 58)?
6) Как будет сказываться в предыдущем опыте (вопрос 6) замена зер-
кала с меньшим «отверстием» другим — с большим отверстием?
412
§ ob9 1
§ 55. Преломление света.
Методические указания — см. т. I, § 109.
Изготовление приборов —см. т. III, §53.
Рисунки по теме — см. IV, §§ 74—75 и рис. 326—342.
1. Методические замечания. Настоящий раздел программы
является наиболее богатым по количеству опытов, которые могут
быть продемонстрированы в классе. Поэтому необходим строгий
отбор экспериментов с тем, чтобы показать наиболее важные, не
перегружая занятий опытами в ущерб изложению.
По методике и технике своего воспроизведения опыты по дан-
ной теме могут быть разделены на три основные группы:
Рис. 431. Опыт на преломление света с ложкой или монетой.
1) В опытах с преломлением на границе двух сред, а также в
демонстрациях принципа действия линз, призмы и т. п. прихо-
дится показывать ход лучей через среду. Для
этого пользуются пучками параллел ьных лучей, прибе-
гая чаще всего к шайбе Гартля (рис. 435). Поэтому получение
пучка параллельных лучей имеет важное значение в настоящей
работе и потому изучается в первую голову. К данной работе
присоединены также демонстрации принципа отражения от зер-
кала, требующие применения параллельных пучков.
а) Получение изображений с помощью линз,
близкое по своей методике и технике к получению изображений
посредством сферических зеркал, сводится к нахождению взаим-
ного расположения предмета, линзы и экрана. Описание этих
опытов отнесено к предыдущей работе (§ 54, 8), а также рассмот-
рено в лабораторных занятиях (§ 71, 4).
3) Достаточно полные демонстрации лупы, фотографического
аппарата, проекционного фонаря, кино и других оптиче-
ских приборов не может уложиться в рамки классных
занятий, тем более, что большинство этих приборов требует ин-
дивидуального наблюдения. Поэтому крайне желательно про-
вести более полное ознакомление с применением оптических при-
боров в процессе внеклассных занятий.
5 55, 2
413
По данной теме открывается неограниченный простор для пре-
подавателя в кружковой работе и для устройства вечеров зани-
мательной физики. В частности, значительное количество экспе-
Рис. 432. Прибор для демонстрации преломления
на поверхности воды.
риментов может быть показано по вопросу об устройстве и свой-
ствах человеческого глаза (см. Ф. Э., т. VI, §§ 37—40). _
2. Обзор опытов по теме: «Преломление». 1) Кажущиеся из-
лом предмета и поднятие его в воде (рис. 431) требуют наблю-
дения сверху и поэтому не демонстративны. Эти опыты следует
рекомендовать учащимся
проделать дома своими
силами.
2) Преломление
на границе двух
сред может быть проде-
монстрировано различны-
ми способами. Из них
наибольшего внимания
заслуживает приём, пока-
занный на рисунке 432.
Узкий пучок лучей света
после отражения от зерка- _ /оо ~ Л
. r 1 Рис. 433. Опыт на преломление света с
ла А падает на поверх- • четырёхугольным сосудом,
ность воды, преломляется,
вновь отражается от зеркала В, помещённого на дне аквариума.
Для обеспечения видимости луча применяют задымление воз-
духа (рис. 60) и подкрашивание воды флюоресцином
(см. т. III, § 24).
414
§ 55, 2
Более сложным для понимания является опыт, изображён-
ный на рисунке 433. Одну стенку С прямоугольного сосуда
или пузырька соответственной формы закрывают чёрной бума-
гой или картоном с прорезом в виде узкой щели. При освещении
сзади лучами света, перпендикулярными к стенке, след их за-
метен в виде одной (совпадающей) полоски. При наклонном па-
дении лучей наблюдается смещение их следов и расположение
их в виде двух полосок BD и DE.
Для демонстрации опыта с преломлением Главучтехпромом
выпускался прибор, состоящий из прямоугольной банки, деревян-
ного щита, окрашенного белой краской, и зеркальца А, укреп*
Рис. 434: Приборы для демонстрации преломления на поверхности воды.
ленного на подвижном рычаге В (рис. 434, II). Демонстрация про-
водится так же, как и описанная выше, с той разницей, что пучок
лучей света в воздухе обнаруживается по следу на щите С,
На рисунке 434, I показан прибор, состоящий из полукруг-
лой ванны, в стенке которой проделана щель А. Луч.Р, пре-
ломившись в воде, оказывается смещённым по отношению к лучу С,
идущему в воздухе.
2) Лабораторные работы по преломле-
нию — см. § 70, 4.
3) Шайба Гартля — весьма полезный для школы при-
бор, позволяющий продемонстрировать много опытов по вопро-
сам отражения и преломления света.
Шайба состоит из металлического круга, закреплённого на
подставке так, что он может поворачиваться вокруг своего цент-
ра (рис. 435). По краю круга нанесены деления в градусах.
С одной стороны имеется полуцилиндрическая ширма Ас несколь-
415
кими (5—7)щелями С, закрываемыми задвижками F (рис. 435, II).
Ширма может быть повёрнута вокруг той же оси, что и круг. Для
её закрепления в том или ином положении сделан винт. К Шай-
бе приложен набор различных зеркал—плоское (1), вогнутое (2),
выпуклое (3), и стёкол—призма равнобокая (9), плоско-параллель-
ная пластинка со скошенными краями под углами в 45° и 60° (5),
Рис. 435. Шайба Г а р т л rf.
круг (10), полукруг (4) и цилиндрические линзы: две выпук-
лые (6 и 8) и одна вогнутая (7) (рис. 436). Этот набор зеркал и
стёкол оказывается весьма ценным не только для демонстрацион-
ных опытов, но и для лабораторных работ (§ 70, 2). Для закре-
пления зеркал и стёкол к шайбе приложено несколько ввинчи-
вающихся держателей В (рис. 435, I). На диске шайбы сделан ряд
рисунков — контуров, упрощающих подыскивание отверстий для
держателей. Шайба требует для опытов с ней сравнительно силь-
ного источника параллельных -лучей света. Демонстрации с шай-
бой описаны дальше.
4) Получение изображений посредством
линз — см. § 54, 8.
Главучтехпром выпускает для опытов набор оптических стё-
кол, состоящий из двояко-выпуклой, плоско-выпуклой, вогну-
416
§ ;>>, 3—4
то-выпуклой, двояко-вогнутой, плоско-вогнутой и выпукло-во-
гнутой линз (рис. 437). К набору прилагается подставка.
3. Обзор демонстраций по теме: «Оптические приборы».
1) Проекционный фонарь — см. § 13, 1—5.
2) Кинопроекционный фонарь УП-2 и др. — см.
т. III, § 22.
3) Фотографический аппарат типа «Фотокор»
нужно иметь для объяснения его устройства. Диапозитив и не-
гатив лучше всего демонстрировать, проектируя их на эк-
ран.
4) Микроскоп школьного типа в классе показывается
с внешней стороны; для рассматривания объектов им пользуют-
Рис. 436. Набор стекол (цилиндри-
ческих линз) и зеркал к шайбе
Г а р т л я.
Рис. 437. Набор линз.
ся в кружковой работе. В последнем случае полезно показать
броуновское движение. В классе желательно продемонстриро-
вать ряд диапозитивов — микросъёмок некоторых объектов
(кровь, клетка, мелкое насекомое и т. п.). Описание микроскопа
и пользование им — см. ф. Э., т. VI, § 42, 1—6 и брошюру Глав-
учтехпрома: А. В. П а в ш а , «Школьный микроскоп».
5) Бинокль. Описание устройства и пользование — см.
Ф. Э., т. VI, § 44, 1 и 2.
4. Опыт I. Получение параллельного пучка света.
Приборы и материалы: 1) Школьный проекционный фо-
нарь (рис. 61). 2) Осветитель к нему с обыкновенной лампой (рис. 72).
3) Малый проекционный фонарь (рис. 65). 4) Оптическая проекционная скамья
(рис. 62). 5) Кинопроекционные лампы на 12 V и на ПО V (рис. 71). 6) Ды-
марь (рис. 60). 7) Набор линз (рис. 437). 8) Линза от проекционного фонаря.
Опыты имеют служебное значение, преследуя цель овладе-
ния техникой получения параллельных и слаборасходящихся
пучков света.
£ 55, 4
417
На рисунке 438 показаны три принципиальные схемы полу-
чения таких пучков. Первая схема, наиболее простая, примени-
ма при источниках света, приближающихся к точечному (кино-
проекционные лампы) (см. § 13, 9—11 и рис. 71). Объектив фонаря
в этом случае не нужен; одну из линз конденсора лучше уда-
лить, оставив другую А;
тогда источник све-
та можно легко поме-
стить в фокусе. Досто-
инство способа, помимо
его простоты, заклю-
чается в том, что пучок
лучей света получается
достаточно широким и,
в частности, применим
для освещения шайбы
Гартля (разделы 6—8).
Второй и третий спо-
собы дают надёжный
результат при источни-
ке света, далёком от то-
чечного. Так как линзы
Рис. 438. Схемы установок для получения
параллельного пучка света.
из набора — двояко-во-
гнутая С и двояко-выпуклая В (рис. 438) —имеют небольшой
диаметр, то пучок получается узким.
1) Взять оптическую проекционную скамью (рис. 62), вынуть
одну линзу из конденсора и, двигая источник света вперёд или
назад, осуществить схему, показанную на рисунке 438, I. Про-
вести задымление дымарём (рис. 60) и убедиться, что лучи яв-
ляются параллельными.
2) Сделать то же со школьным проекционным фонарём
(рис. 61), взяв сначала обыкновенную лампу и затем заменив её
рампой от эпидиаскопа (рис. 71, III). Сравнить полученные резуль-
таты.
3) Взять малый проекционный фонарь (рис. 65) и отодвинуть
в нём объектив и источник света как можно дальше от конденсо-
ра. Задымляя, выяснить, какой пучок лучей получается при
этом.
4) Удалить у школьного проекционного фонаря объектив и
взять в качестве источника обыкновенную электрическую лам-
пу. Получив, как обычно, сходящийся пучок, превратить его в
параллельный, подобрав из н&бора линз (рис. 437) двояко-вы-
пуклую В (рис. 438, II) и затем двояко-вогнутую линзу С (рис.
438, III). Наконец, воспользоваться линзой от конденсора, со-
гласно схеме рисунка 438, I. Сравнить полученные пучки света,
задымляя их.
27 Е. Н. Горячкин
418
§ 55, 5—6
5. Опыт II. Проектирование на экран вольтовой дуги.
Приборы и материалы:!) Школьный проекционный фонарь
(рис. 61) или проекционная оптическая скамья (рис. 62). 2) Вольтова дуга
(рис. 341). 3) Трансформатор 120/60 V (рис. 31). 4) Реостат на 3—4 ома
(рис. 307). 5) Тигельные щипцы 6) Кусочки кирпича, киноплёнки, чёрной
бумаги, асбеста. 7) Соли—поваренная, азотнокислые стронций и барий.
Демонстрация имеет своей целью показать на экране раска-
лённые концы углей и пламя вольтовой дуги, а также обнаружить
её высокую температуру. Этот опыт ставится при прохождении
вопроса о тепловых действиях тока; он приводится здесь, посколь-
ку выполняется ряд работ с фонарём. Попутно проводится опыт
с зажиганием киноплёнки в фокусе сходящихся лучей, иллюст-
рирующий явление поглощения лучей (§37), и опыт с окрашива-
нием пламени посредством введения в него солей металлов,
объясняющий получение цветного пламени.
1) Вольтову дугу включить в цепь переменного тока через рео-
стат, согласно рисунку 341.
2) Взять проекционный фонарь, лучше школьного типа, и
удалить у него объектив. Лампу с вольтовой дугой расположить
так, чтобы её пламя находилось на главной оптической оси конден-
сора.
3) Получить конус сходящихся лучей от конденсора и ввести
в его вершину кусочек киноплёнки или чёрной бумаги, держа их
посредством щипцов. Показать воспламенение их.
4) Отодвинуть вольтову дугу от конденсора на столько, что-
бы на экране, расположенном на стене на расстоянии 2—3 м,
получились изображения: отчётливое — концов раскалённых уг-
лей и слабое —пламени.
5) Посредством тигельных или других щипцов ввести в пла-
мя дуги небольшой плоский кусочек красного кирпича. Наблю-
дать на экране его плавление и обращение в стекловидную мас-
су.
6) Повторить то же, вводя в пламя конец гвоздя и куски мед-
ной проволоки.
7) Вводить в пламя кусочки асбеста, посыпанные поваренной
солью, азотнокислыми стронцием и барием, и показать, что пла-
мя принимает характерную для спектра металлов окраску —
жёлтую, красную и зелёную.
6. Опыт III. Ход лучей при отражении света от зеркал.
Приборы и материалы:!) Проекционный фонарь. 2) Шайба
Гартля (рис. 435). 3) Зеркала к ней — плоское, вогнутое и выпуклое»
4) Полоски цветного пелофана.
Опыты служат для демонстрации хода лучей —падаю-
щих и отражённых от плоского, вогнутого и выпуклого зеркал.
Для получения параллельного пучка лучей необходимо взять один
§ 55, 6
419
из проекционных фонарей и установить в нём источник света,
как указано в предыдущем опыте.
1) По описанию (раздел 2) и по натуре ознакомиться с устрой-
ством шайбы Гартля.
2) Получить параллельный пучок лучей света с помощью проек-
ционного фонаря. Установить шайбу так, чтобы средняя щель
в ширме пропускала луч, проходящий через центр шайбы
(рис. 439). Шайбу повернуть так, чтобы на её диске получился
ясный след луча.
3) Установить на шайбе плоское зеркало и продемонстри-
ровать три случая отражения лучей — перпендикулярного к зер-
калу (рис. 439, I), одного наклонного (II) и одновременно трёх
Рис. 439. Демонстрации отражения света от плоского зеркала при помощи
шайбы Гартля.
наклонных (III). В двух последних случаях показать, что угол
падения равен углу отражения. Для отличия лучей друг от дру-
га надо два из трёх лучей сделать цветными, вставив в щели С
шайбы полоски цветного целофана (рис. 435, II).
Слегка повёртывая диск шайбы, продемонстрировать изме-
нение углов отражения в' зависимости от углов падения.
4) Заменить плоское зеркало вогнутым и, в качестве подго-
товки к опытам, определить его главный фокус и отсюда
геометрический центр. Для этого взять луч, параллельный
главной оптической оси. Положение центра зеркала С отме-
тить на диске шайбы, наклеивая, например, кружочек из
чёрной бумаги с тем, чтобы после опытов его можно было
удалить (рис. 440, I).
5) Продемонстрировать два случая хода луча, нормального
к поверхности зеркала: а) одного — идущего по главной опти-
ческой оси (рис. 440, I) и б) другого—проходящего через геомет-
рический центр С зеркала (рис. 440, II) и отражающегося по тому
же направлению.
27*
(S) Центр
Рис. 440. Демонстрации отражения света от вогнутого и выпуклого зеркал
при помощи шайбы Г а р т л я.
§ 55, 7—8
421
6) Показать ход сначала одного (рис. 440, III), а затем сразу
трёх лучей, параллельных главной оптической оси и пересекаю-
щихся после отражения в главном фокусе (рис. 440, IV). В по-
следнем случае два луча сделать цветными, вставив в щели цвет-
ной целофан.
7) Взять луч, проходящий через главный фокус, и продемон-
стрировать, что отражённый луч является параллельным глав-
ной оптической оси (рис. 440, V).
8) Повторить подобные же демонстрации (пункты 4—7) для
выпуклого зеркала (рис. 440, VI).
9) Во всех случаях добиваться, чтобы пути лучей намечались
на шайбе достаточно яркими и равномерными по освещённости
полосками.
7. Опыт IV. Ход лучей в оптических стёклах.
Приборы и материалы:!) Проекционный фонарь. 2) Шайба
Гартля (рис. 435). 3) Стёкла к ней — пластинка с плоско-параллельными
краями, призма, линзы — плоско-выпуклая, двояко-выпуклая и двояко-
вогнутая. 4) Полоски цветного целофана.
Пользуясь методом, описанным в разделе 6, продемонстриро-
вать следующие случаи (рис. 441 и 442):
1) Преломление на границе воздух-стекло (рис. 441,1).
2) Преломление на границе стекло-воздух (рис.
441, II).
3) Ход лучей через плоско-параллельную пла-
стинку (рис. 441, III).
4) Ход лучей в п р и з м е (рис. 441, IV).
5) Полное внутреннее отражение (рис. 441 ,V).
6) Типичные ходы одного луча в двояко-выпуклой
линзе (рис. 442, I и II).
7) Ход трёх лучей в двоя к о - в ы п у к л о й линзе (рис. 442,
III и IV).
8) Типичные ходы лучей в двояко-вогнутой линзе
(рис. 442, V и VI).
При демонстрации обратить особое внимание, чтобы следы
лучей являлись равномерно освещёнными.
8. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации для 7 класса и определить их целевую уста-
новку. Сделать зарисовки опытов.
2) Сделать чертежи хода лучей для всех случаев отражения и прелом-
ления света (рис. 439—442).
3) Как отражается на параллельном пучке лучей присутствие и отсут-
ствие рефлектора у лампы (рис. 438)?
4) Какие ограничения возникают при проектировании вольтовой дуги
от демонстрационной проекционной скамьи (рис. 62)?
5) Какие случаи отражения от зеркал и преломления в линзах необ-
ходимо показать в классе?
422
$ 56, 1
Рис. 441. Демонстрации преломления света при помощи
шайбы Гартля.
§ 56. Дисперсия света. Цвета тел.
Методические указания — см. т. I, § 110.
Изготовление приборов — см. т. Ill, §54.
Рисунки к теме — см. т. IV, § 76 и рис. 343.
1. Методические замечания. Количество демонстраций, ко-
торые могут быть проведены по теме: «Дисперсия света», весьма
Рис. 442. Демонстрации преломления света в линзах при помощи
шайбы Р а р т л я.
424
§ 5в, 2
значительно; однако, многие из них (спектры паров и газов,
спектры поглощения, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи)
требуют мощного источника света —вольтовой дуги (10—15 А).
Поэтому, если в школе нет возможности пользоваться вольтовой
дугой, то демонстрационный эксперимент приходится ограничи-
вать показом получения спектра и некоторыми опытами по во-
просу о цветах тел. Между тем вопросы спектрального анализа
имеют огромное значение при изучении строения вселенной, а
следовательно, важны для внедрения правильного мировоззре-
ния. В некоторой мере выходом из создавшегося положения
является приобретение нескольких карманных спектроскопов
(рис. 446), посредством которых учащиеся ведут в классе наблюде-
ния поочерёдно илина внеклассных занятиях, например, в кружке.
Сероуглерод
Флинтгласе
Рис. 443. Относительные длины спектров, получаемых при помощи призм
из различных веществ.
2. Обзор опытов по теме: «Разложение белого света на цвета».
1) П р и з м а. Разложение белого света на цвета может быть по-
лучено с какими угодно призмами, в том числе и с теми, которые
были рекомендованы для лабораторной работы (§ 70). Однако ве-
личина дисперсии (светорассеивания), а следовательно, и длина
получаемого спектра зависят от преломляющего вещества (вода,
сероуглерод, кварц, плексигласе и т. п.) и от сорта стекла. Из
рисунка 443 видно, что наибольшим светорассеиванием облада-
ет сероуглерод. Второе место по длине даваемого спектра зани-
мает стекло — флинтгласе, третье — кронгласе, и наиболее ко-
роткий спектр даёт вода. Применение призматического сосуда,
наполненного сероуглеродом, ни в коем случае не может быть
допущено в семилетней школе, так\ как сероуглерод легко
воспламеняется и даёт ядовитые пары отвратительного запаха.
Следовательно, преподаватель, стремясь получить наиболее длин-
ный спектр, должен приобрести призму из флинтгласе а.
Ещё большую длину спектра даёт призма прямого зрения, со-
§ 56, 2
425
ставленная обычно из пяти призм — двух из флинтгласса и трёх
из кронгласса (рис. 444). Эта призма особенно удобна для де-
монстрации спектра, так как лучи, проходящие через неё, идут
по прямому направлению. Однако объяснить это явление учащим-
ся, видевшим на опыте преломление луча в призме (раздел 4
и рис. 450), в доступной для них форме нельзя. Поэтому при пер-
вом опыте, когда разбирается процесс получения спектра, следу-
ет применять обыкно-
венную призму, а при
последующих — приз-
му прямого зрения.
2) Спектры —
сплошные, а) По-
лучение спектра от
солнечного света надо
поручить учащимся
сделать дома, вы-
полнив для этого ус-
тановку, показанную
на рисунке 445, I.
Для опыта в листе
картона, помещённом
на пути солнечного
луча, прорезается
узкая (2—3 мм), щель
А, при- этом роль
призмы с успехом
может выполнить
Флинтгласе
Крон Крон
Рис. 444. Ход лучей в призме прямого зрения.
стеклянный сосуд С
прямоугольной формы с водой. Вариант опыта с зеркалом В
показан на рисунке 445, III.
б) Получение спектра посредством проекционного фонаря —
см. опыт I.
3) Спектры линейчатые проще всего наблюдать
с помощью спектроскопа (см. Ф. Э., т. VI, § 54, 4). Настоятельно
рекомендуется приобрести несколько спектроскопов прямого
зрения (рис. 446) и, предложив учащимся передавать их друг дру-
гу, дать возможность пронаблюдать спектр хотя бы одной нео-
новой лампы (рис. 333). Весьма желательно также показать спектр
водорода, взяв трубку Пл'юккера (рис. 404) (см. Ф. Э., т. IV, § 23,
2 и 28, 5). Демонстрация линейчатого спектра на экране требует
применения углей с фитилями, начинёнными солями металлов.
Вольтова дуга в проекционной оптической скамье для этой цели
непригодна. Некоторое усиление отдельных частей спектра полу-
чается способом, описанным в разделе 4.
х) В карманном спектроскопе применены три призмы (рис. 446).
426
$ 56, 2
Рис. 445. Простейшие способы получения спектра от Солнца.
4) Спектроскопы. а) В семилетней школе нет
особой надобности в двухтрубном школьном спектроскопе; од-
нако, приобретение его желательно для углублённых занятий в
кружке с учащимися, особо интересующимися вопросами физики.
Об устройстве и применении спектроскопа—см. Ф. Э., т. VI,
§ 54, 1—2 и § 55.
б) Карманный спектроскоп прямого зрения и
его устройство показаны на рисунке 446. Луч света, войдя в щель
5, преломляется в трёх призмах Р (крон и флинт) и, разде-
лившись на составные цвета, поступает в окошечко окуляра D.
Рис. 446. Школьный спектроскоп прямого зрения и его устройство.
§ 56, 3
427
Ширину щели регулируют поворотами кольца наводка «на фо-
кус» для получения чёткой картины спектра производится пе-
ремещением окулярной трубки F взад и вперёд. О применении
спектроскопа — см. раздел 6.
6) Инфракрасные и
ул ьтрафиоле то вые
лучи требуют для своего
обнаружения; первые —термо-
столбика и зеркального галь-
ванометра (рис. 447, I) (см. Ф.
Э., т. VI, § 61, 7), вторые —
рентгеновского экрана с пла-
тино-синеродистым барием, ура-
нового стекла (см. Ф. Э., т. VI,
§ 65) или пробирки с раствором
флюоресцина и набора флю-
оресцирующих веществ (см. раз-
дел 4) (рис. 447, II и III).
Для обнаружения нагрева-
ния в инфракрасной части спек-
тра возможно применение термо- Рис. 447, I. Термостолбик и его
метра с делениями до десятых устройство.
долей градуса или термоскопа
(рис. 269), но опыты эти в условиях класса мало показательны.
3. Обзор опытов по теме: «Сложение цветов. Цвета тел».
1) Сложение цветов, а) Кружок Ньютона с
секторами, окрашенными в цвета спектра, создаёт при враще-
нии его на центробежной машине тон серого (грязного) цвета
Рис. 447, II и III. Набор флюоресцирующих веществ. На крышке коробки
герб СССР покрыт флюоресцирующими веществами.
428
$ 56, 3
(рис. 448). Чем ближе окраска
приближается к спектраль-
ным, тем чище получаемый
тон.
б) Сложение цве-
тов, получаемых в спектре,
в белый —см. раздел 4.
в) Цветные тени
(см. Ф. Э., т. VI, § 63, 7).
Весьма эффектный и неслож-
ный по технике опыт ре-
комендуется для воспроизве-
дения на вечерах занима-
тельной физики.
2) Светофильтры,
обычно из цветного целофа-
на, имеются в продаже. Од-
нако, качества их совершен-
Рис. 448. Кружок Ньютона. но неудовлетворительны.
Наилучшими являются про-
дающиеся в фотомагазинах стёкла —красное, зелёное и жёлтое.
О применении светофильтров — см. раздел 5.
3) Отражение света от цветной поверхности
можно продемонстрировать на упрощенном приборе, состоящем
о
Рис. 449. Прибор для изучения
отражения света различными по
цвету поверхностями.
из коробки с перегородкой А внутри и из электрической лам-
почки, бросающей свет на цветную поверхность В (рис. 449).
Отражённый свет от этой поверхности падает на прозрачный эк-
ран С из матово-го стекла или восковой бумаги. Цветную поверх-
£ 56, 4
429
ность В делают заменяемой, прикладывая к отверстию D в
стенке коробки картон или фанеру, оклеенные цветной бумагой.
Для демонстрации отражения света различными поверхно-
стями (§ 64, 2) важно иметь вставки —зеркальную (зеркало или
жесть), а также белого и чёрного цветов.
4. Опыт I. Получение спектра.
Приборы и материалы: 1) Проекционные аппараты — школь-
ный (рис. 61) и с оптической скамьёй (рис. 62). 2) Рамка для диапозитива
(рис. 66). 3) Самодельная щель. 4) Экран со щелью от скамьи. 5) Столики —
подъёмный (рис. 53) и от скамьи (рис. 63). 6) Призмы из кронгласса и флинт-
гласса. 7) Кристаллизатор с водой.
Опыты служат для изучения способа получения спектра, а
также влияния на его вид ширины щели и сорта стекла у
призмы.
1) Взять школьный фонарь сначала с обыкновенной, а затем
с более сильной проекционной лампой (рис. 71) и согласно указа-
ниям, данным в § 13, 13, центрировать свет.
2) В рамку для диапозитива вставить кусочек картона или
стекла, оклеенного станиолем, с прорезом в виде узкой щели
(1 —2 мм) или поставить диафрагму А со щелью (рис. 450, I).
Получить на стене посредством объектива или линзы В резкое
изображение С щели.
3) Перед объективом поставить одну из призм D (см. раздел 3)
и получить'на боковой стене комнаты спектр (рис. 450, II).
4) Сравнить между собой спектры, получаемые в случаях при-
менения обыкновенной и проекционной лампочек. Выяснить, как
отразится на виде спектра повёртывание призмы вокруг верти-
кальной оси.
5) Оставив в фонаре проекционную лампочку, сравнить между
собой спектры, получаемые с кронглассом и с флинтглассом, сме-
няя призмы.
6) Подобрать такое расстояние фонаря от экрана, при котором
получается достаточно крупный и ясно видимый спектр.
7) Осуществить подобную же установку для получения спект-
ра с проекционной демонстрационной скамьёй, взяв лучшую из
призм (рис. 62). На опыте изучить, как сказывается на виде спект-
ра изменение ширины щели. Найти оптимальные условия.
8) Поставить за призмой Р кристаллизатор Q, наполненный
водой (рис. 451). Получить смешение цветов.
5. Опыт II. Светофильтры. Цвета тел в монохроматическом
свете.
Приборы иматериалы: 1) Установка для получения спектра
(см. опыт I). 2) Светофильтры. 3) Полоски цветной бумаги или цветные лен-
ты. 4) Рамка для диапозитивов (рис. 66). 5) Набор флюоресцирующих
веществ.
Опыт служит для демонстрации действия светофильтров
(см. пункт 2 раздела 3), а также для показа, как изменяется цвет
§ 5G, 5
Рис. 450, I и II. Установка для получения спектра со школьным фонарём.
бумаги или лент при освещении их различным монохроматиче-
ским светом. В заключение показывается флюоресценция жидко-
стей в различных частях спектра.
1) Получить посредством проекционной оптической скамьи
спектр на стенном экране.
2) Установив на скамье рамку для диапозитивов, вставлять
в неё различные светофильтры и изучать виды получаемых спект-
ров.
3) Получив на экране спектр, помещать в его различных ча-
стях цветные полоски бумаги или ленты и обнаружить, как изме-
§ 56, 6—7
431
няется их цвет при освещении различным монохроматическим
светом.
4) Взять набор флюоресцирующих веществ (рис. 447, II и III) и
проследить, в каких частях спектра возникает флюоресценция.
6. Опыт III. Наблюдение спектров.
Приборы и материалы:!) Карманный спектроскоп (рис. 446).
2) Неоновая лампа- (рис. 333). 3) Спиртовка. 4) Кусочки асбеста на про-
волоках. 5) Раствор солей — поваренной и азотнокислых стронция и бария.
Рис. 451. Смешение цветов посредством кристаллизатора.
1) Через окно направить спектроскоп на небо. Подобрать,
вращая кольцо Е, ширину щели и, двигая окулярную часть F,
получить чёткое и ясное изображение спектра.
2) Сравнить, как изменяется вид спектра, если направлять
спектроскоп на голубое небо, облака, крыши и степы близ распо-
ложенных строений и т. п.
3) Зажечь неоновую лампу (рис. 333) и наблюдать спектр.
4) Взяв спиртовку и растворы солей, согласно описанию, дан-
ному в Ф. Э. т. VI, §55, 3, случай второй, рассмотреть спектры
натрия, бария и стронция.
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме для 7 класса и определить их целевые
установки. Сделать зарисовки установок.
2) Какой вид будет иметь спектр при введении солей металлов в пламя
вольтовой дуги (рис. 450)?
3) В чём разница в спектрах Солнца и лампочки проекционного фонаря?
4) Одинаково ли светорассеивание для различных цветов производят
призмы из крон- и флинтгласса?
5) Каким образом отразится на спектре применение щели с неровными
краями?
6) В чём разница между плохим и хорошим светофильтром?
7) Какую бумагу — матовую или глянцовую —лучше применять для её
исследования в спектре?
432
$ 57, 1
8) Почему для смешения цветов рекомендовано воспользоваться кри-
сталлизатором, а не выпуклой линзой? Какой линзе соответствует кристал-
лизатор?
§ 57. Акустика.
Методические указания —см. т. I, § 111.
Изготовление приборов — см. т. III, §55.
Рисунки по теме: —см. т. IV, § 77 и рис. 344—350.
1. Обзор опытов по теме: «Колебательное движение и акусти-
ка». Опыты по акустике весьма просты для своего осуществления,
@ 6
* I
<э
3
Рис. 452. Подвешивание
маятников для демон-
страции механического
резонанса.
если не считать получения волн на по-
верхности жидкости и их отражения, что
требует сравнительно кропотливого нала-
живания.
1) Понятие о колебатель-
ном движении устанавливают, по-
казывая колебание маятника. Этот маят-
6
2
ник легко создать из шарика, подвесив
его на нитке. На маятниках же демон-
стрируют явление механического резо-
нанса (рис. 452).
2) Волны можно показать на по-
верхности воды (рис. 453). Для этого
нужно создать самодельную ванну из
хорошего плоского стекла Л, подобрав
такое, которое не даёт сильных теней при
просвечивании его от точечного источника
света (рис. 71) (§ 24, 4). Ворты у ванны
можно сделать из деревянных брусков В
со скошенными краями. Бруски устанав-
ливают на масляной замазке; замазкой
же заполняются щели в углах.
Хорош прибор с проволочной пружи-
ной, подвешенной на нитях, так как на нём можно показать про-
дольные волны (рис. 454). Изготовить его надо своими силами и
подвесить лучше всего раз навсегда под потолком класса. Ко-
лебания возбуждают в пружине посредством удара по концу
деревянной лопаточкой.
3) Колебания полоски демонстрируют, зажав её
в тиски, чтобы показать, что при известной частоте она стано-
вится источником звука (рис. 458).
4) Зависимость высоты тона от числа колебаний об-
наруживают с помощью колёс Савара (рис. 459).
5) Резонанс. Камертон на резонансном ящике сам по се-
бе является объектом демонстрации (рис. 460). С двумя такими
камертонами показывают явление резонанса. Кроме того, демон-
стрируется резонанс воздушного столба (рис. 461).
§ 57, 2
433
6) Колебания ветве
обнаружены с помощью теневого
та, показанного на рисунке 455.
й камертона могут быть
проектирования (§ 24) или опы-
Рис. 453. Ванна для проектирова-
ния волн на поверхности жидкости
(I) и её устройство (II).
1
7) Ухо. Для изучения слухового аппарата человека надо
воспользоваться моделью уха.
8) Телефон (см. § 48, 3 и 7) и патефон (рис. 456). При рас-
сказе об устройстве патефона полезен такой опыт. В угол куска
Рис. 454. Прибор для демонстрации распространения продольных
колебаний (волн).
любой формы фанеры или картона укрепляют иголку от патефо-
на. Касаясь иголкой вращающейся пластинки, получают воспро-
изведение записанного на ней звука.
2. Опыт I. Колебательное движение и механический резонанс.
П р и б о р ы и м а т е р и а л ы: 1) Три маятника. 2) Бечёвка. 3) Рама по
механике (рис. 51). 4) Часы с секундной стрелкой. 5) Масштабная линейка.
6) Экран фона (рис. 56).
28 Е. H. Горячкин
434
§ 57, 3
колеба-
колеба-
колеба-
1) Подвесить к ушкам, ввёрнутым в верхний брусок рамы, три
маятника; два из них — одинаковой длины (рис. 452).
2) Привести один из длинных и короткий маятники в
тельное движение и определить частоты и периоды их
ния.
3) Измерить длины маятников, вычислить их периоды
результаты вычисления и опыта.
4) Привести один из длин- ’
ных маятников в колебательное
движение и наблюдать возник-
новение резонанса.
ния и сравнить между собой
Опыт с патефоном.
Рис. 455. Обнаружение колебаний
ветвей камертона.
Рис. 456.
5) Подвесить эти же маятники не к бруску рамы, а к бечёвке,
натянутой параллельно ему, и получить резонанс. Сравнить
результат с предыдущим опытом.
6) Применив экран фона, обеспечить видимость. Выяснить,
как надо ставить раму —параллельно или перпендикулярно к
рядам учащихся.
3. Опыт II. Волны на поверхности жидкости.
Приборы и материалы: 1) Ванна для получения волн
(рис. 453). 2) Точечная лампа (рис. 71). 3) Табуретка без крышки. 4) Пипетка.
5) Кусок тёмной материи.
§ 57, 4—5
435
Рис. 457. Отражение волн.
кусочков пробки или дерева, чтобы
1) Воспользовавшись табуреткой, точечной лампой и куском
тёмной материи, создать прибор для теневого проектирования
на потолок, согласно ука-
заниям, данным в § 24, 4.
2) Поместить на табу-
ретке на место её крышки
ванну^иналитьвнеё воды.
3) Капая водой из пи-
петки в центр ванны, по-
лучить волны на поверх-
ности. Перемещая лам-
почку, добиться наиболее
чёткой картины при про-
екции (§ 24, 4).
4) Повторить опыт,
пустив на воду несколько
показать, что волны не вызывают их поступательного движения.
5) Положить в воду на дно ванны брусок и получить картину
отражения волн (рис. 457).
4. Опыт III. Получение звука от колеблющейся пластинки.
Приборы и материалы:!) Настольные тиски. 2) Полотно
от ножовки. 3) Тонкая упругая полоска.
1) В настольные тиски зажать полотнб от ножовки одним кон-
цом и, оттянув в сторону её свободный конец, получить колеба-
ние (рис. 458).
2) Уменьшать длину свободной части ножовки и наблюдать
увеличение частоты колебаний, вплоть до возникновения звука.
3) Тонкую упругую полоску, например, кусок пружины, за-
жать в тиски и, изменяя её длину, показать получение низких
и высоких тонов.
5. Опыт IV. Колёса Савара.
Приборы и материалы:!) Колёса Савара. 2) Центробежная
машина. 3) Кусочек тонкого плотного картона.
1) Закрепить колёса Савара на валу центробежной машины
и привести её во вращение (рис. 459).
2) Кусочком плотной бумаги или тонкого картона коснуться
зубцов одного из колёс и добиться получения ровного тона. Уве-
личивать и уменьшать скорости вращения, показывая измене-
ние высоты тона.
3) Сохраняя скорость вращения неизменной, получить тоны
разной высоты на различных колёсах.
Указание даётся по отношению к ванне, состоящей из одного стекла
с бортами, но «без куба».
28*
436
$ 'Я. 5
Рис. 458. Получение колебаний
посредством полотна от ножовки.
НЕПРАВИЛЬНО
ПРАВИЛЬНО
Рис. 460. Правильный (II) и неправильный (I) приёмы возбуждения
колебаний у камертона.
6. Опыт V. Звуковой резонанс.
Приборы и материалы: 1) Два камертона, настроенные в
унисон (на резонансных ящиках). 2) Деревянный молоточек. 3) Мензурка
или цилиндр для собирания газов. 4) Стакан с водой.
1) Овладеть навыком возбуждения колебаний камертона, дер-
жа его за ножку, но ни в коем случае не за ящик1), и нанося отрывп-
Если держать за ящик, то при ударах возможна поломка крепления
камертона в дереве.
§ 57, 7
437
Рис. 461. Демонстрация резо-
нанса воздушного столба.
стый, но сравнительно сильный удар по концу ветви камертона
маленьким деревянным (но не железным) молоточком или
большой резиновой пробкой, надетой
на палочку (рис. 460).
2) Возбудив один камертон, по-
ставить его на стол рядом с другим —
невозбуждённым. Заглушить коле-
бания первого камертона, положив
руку на его ветви, и наблюдать,
как звучит второй. Повторять опыт
до получения чёткого явления ре-
зонанса, меняя при этом расстояние
между камертонами. Добиться, что-
бы резонанс обнаруживался на
наибольшем из возможных рассто-
яний.
3) Отвернуть камертон от ящика,
возбудить колебания и прижать его
ножкой к крышке ящика. Наблюдать
изменение громкости звука.
4) Постепенно наливать воду из
стакана в высокую мензурку или цилиндр для собирания газов,
держа звучащий камертон указанным на рисунке 461 образом,
и получить резонанс в воздушном столбе.
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации для 7 класса, определить их целевую уста-
новку и сделать зарисовки.
2) Как нужно измерять длину маятника для вычисления его периода?
3) Будет ли наблюдаться резонанс при отношении длин маятников 1:2?
4) Объяснить причину образования тёмных и светлых полос от волн на
воде при их теневом проектировании (рис. 457).
5) Объяснить, можно ли изменить длину волн на поверхности жидко-
сти и их скорость (рис. 457).
6) Имеет ли значение диаметр мензурки в опыте с получением резонанса
(рис. 461)?
7) Существует ли при резонансе определённое соотношение между
длинами ветвей камертона и воздушного столба в мензурке (рис. 461)?
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ В СЕМИЛЕТНЕЙ
ШКОЛЕ.
Глава одиннадцатая.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ
РАБОТАМ.
§ 58. Об использовании результатов лабораторных работ.
В томе I «Общие вопросы методики физики» (§ 26, 1 —2 и
§27, 1 —6) были подробно рассмотрены вопросы о значении, виде
и методике лабораторных работ и там же в методических указа-
ниях (см. т I, §§ 52—111) приведены конкретные данные о содер-
жании работ по отдельным темам программы. В § 16, 1 приведён
список приборов для лабораторных работ.
В методических замечаниях мы ограничимся только вопро-
сом об использовании результатов лабораторных работ измери-
тельного характера, что особенно важно учитывать, приступая
к изучению техники и методики проведения их. В работах коли-
чественного характера учащиеся практически знакомятся с ме-
тодами и приёмами простейших измерений некоторых физиче-
ских величин с целью научиться производить такие измерения.
Ряд работ на этом заканчивается, и полученные результаты
измерений не подвергаются ни последующей обработке матема-
тического характера, ни изучению или сопоставлению с целью
построения тех или иных выводов. В таких случаях полученные
результаты сами по себе не используются учащимися для приоб-
ретения новых знаний и, следовательно, проведение таких ла-
бораторных работ может быть оправдано изучением самих приё-
мов измерения данных величин. К числу таких работ относятся,
например, измерения длин, объёмов, веса, силы, электрическо-
го напряжения, силы тока, сопротивления. Действительно, ка-
кие же новые знания может получить учащийся, если он нашёл,
что вес какого-то случайного тела равен 127,3 Г, что сила тяги
равна 82 Г, что сопротивление взятого провода составляет 5,6 ома
и т. п.?
Однако, преподаватель может и должен организовать работу
так, чтобы и такие результаты можно было использовать тотчас
же или на последующих уроках, как материал для тех или иных
заключений. Так, например, измерение кривых линий полезно
ставить, как задачу о нахождении отношения между длиной
$ 68
439
окружности и её диаметром. Преподаватель в подытоживающей
беседе выписывает на классной доске результаты измерений, полу-
ченные различными звеньями, и может легко подвести учащихся
к выводу о том, что это отношение вне зависимости от величины
окружности является постоянной величиной, равной тг = 3,14.
При такой постановке работа познакомит не только с приёмами
измерения кривой и диаметра, но и приведёт к выводу, важнейшее
значение которого трудно переоценить. Уже первую работу по
взвешиванию тел также можно использовать, как вводную об
удельном весе. Если раздать учащимся тела одинакового объёма,
но из различных металлов, то сопоставление результатов измере-
ний различных звеньев покажет учащимся, что веса тел равного
объёма зависят от их вещества.
Преподавателю следует поставить своей непременной задачей
добиться, чтобы каждая лабораторная работа, хотя и вводного
характера, приводила не только к ознакомлению с техникой и ме-
тодикой самого измерения, но и к приобретению новых знаний пу-
тём анализа результатов, полученных обычно после их матема-
тической обработки, и к определению некоторых физических вели-
чин, знание которых само по себе важно для учащихся. К числу
таких работ относятся определения: удельного веса, удельной
теплоёмкости, теплоты плавления, теплоты парообразования и<т. п.
Прежде всего по поводу этих работ надо заметить, что в
подытоживающих беседах преподаватель, выписав результаты из-
мерений отдельных звеньев на классную доску, сможет показать,
например, для удельных весов и теплоёмкостей, что эти величи-
ны различны для неодинаковых веществ. В других же случаях
(например, для теплоты плавления льда и парообразования во-
ды) тем же путём можно подвести учащихся к заключению, что
полученные величины приблизительно одинаковы, и наиболее
правильным будет результат, найденный, как средне-арифмети-
ческое из найденных величин. Указанного типа работы могут быть
поставлены как «поверочные» или, вернее, тренировочные, после
того как преподаватель изложит данный физический вопрос це-
ликом, или как вводные «исследовательские», когда учащиеся
совершенно не знакомы с тем, какие результаты смогут быть ими
получены.
Особым типом являются работы, служащие для обнаружения
некоторых физических закономерностей без вывода точных коли-
чественных отношений между величинами. Сюда относятся, на-
пример: изучение трения, определение к. п. д. для различных ме-
ханизмов, определение к. п. д. нагревателя, зависимость сопро-
тивления провода от материала и размеров, получение изображе-
ний с помощью оптических линз и т. п. Эти работы позволяют
установить зависимость между величинами, однако без какого-либо
х) Заведомо порочные результаты должны быть отброшены.
440
§ 5#
количественного выражения этой зависимости. Так, учащиеся
обнаруживают, что сила трения возрастает при увеличении на-
грузки, что электрическое сопротивление зависит от длины и по-
перечного сечения проводника, что характер изображения и его
величина определяются положением предмета по отношению к
главному фокусу оптической линзы. Если преподаватель заранее
внесёт некоторое разнообразие в работы, проводимые учащимися
на данную тему, то сопоставление полученных результатов
позволит привести учащихся к важным заключениям. Так, отдель-
ные звенья учащихся, проделывая работу по определению к. п. д.
различных нагревателей (у одних — химические стаканы, у
других —консервные банки, у третьих —колбы, у четвёртых —
обыкновенные кастрюльки) с теплоизоляцией и без неё, дадут
результаты, которые позволят выяснить важнейший вопрос о
мерах к повышению к.'п. д. Работа по определению к. п. д. при
подъёме груза, проведённая для различных положений наклонной
плоскости по отношению к горизонту, при обсуждении результа-
тов измерений всех звеньев может привести к выводу, что к. п. д.
зависит от выигрыша в силе. Естественно, что все выводы явятся
возможными только тогда, когда преподавателем будет продума-
на и соответствующим образом организована лабораторная ра-
бота, и притом не только в её целом, но и в установках её для каж-
дого отдельного звена. Отличия в работах не могут быть случай-
ными, а должны быть строго продуманными; иначе сделать необ-
ходимые выводы окажется весьма трудным, а то и вовсе невоз-
можным.
Наконец, особая группа работ ставится на законы и притом в их
количественном выражении. К числу таких работ относятся: за-
кон Ома для участка цепи, закон Джоуля-Ленца, закон Архимеда,
законы отражения света и т. п. Совершенно недопустимо назы-
вать, а тем более ставить эти работы как проверку законов. Дей-
ствительно, ни о какой проверке законов в школьных условиях
при пользовании в сущности самой примитивной аппаратурой и
при проведении измерений руками таких неопытнейших экспе-
риментаторов, какими являются учащиеся, не может быть ни-
какой речи. Если же преподаватель рискнёт на основании полу-
ченных результатов подводить учащихся к установлению ко-
личественных взаимоотношений, сформулированных в законах,
то это явится непростительным насаждением верхоглядства и
дилетантизма в худшем значении этого слова. Учащиеся, ступив
на путь обобщений и допуская округления цифр, могут наоткры-
вать сколько угодно таких законов, которые не существуют в
природе. Наоборот, преподаватель обязан указать на невозмож-
ность получения результатов измерений, в точности соответствую-
щих количественным соотношениям законов, и выяснить причины
такого несовпадения школьной практики и выводов науки. Поэто-
му работы на законы ставят не как проверку их, а лишь исполь-
§ ы>, 1
441
зуя их формулировки для тех или иных измерений, или ставят
как сравнение получаемых учащимися результатов с ожидаемы-
ми по расчёту. В последнем случае, чем ближе окажутся друг к
другу результаты, полученные и ожидаемые, тем лучше, но пол-
ное совпадение их возможно только случайно.
Подытоживая всё сказанное, следует указать, что перед по-
становкой лабораторной работы прежде всего необходимо точно
наметить её целевую установку, стремясь взять от каждой ра-
боты максимум того, что она может дать в смысле сообщения уча-
щимся как навыков, так и новых знаний по физике. Отсюда вы-
текает необходимость продуманно индивидуализировать в из-
вестной мере работу каждого звена с тем. чтобы сопоставления всех
полученных результатов позволяли внести в знания учащихся
нечто новое тотчас же или впоследствии или расширить и уточнить
уже имеющиеся сведения.
Значение лабораторных работ при прохождении курса физи-
ки огромно, и поэтому нужно проводить ряд дополнительных
работ в порядке кружковых занятий, по крайней мере для наи-
более интересующихся учащихся; поэтому в приведённых даль-
ше описаниях даны работы, выходящие за рамки официальной про-
граммы по физике.
§ 59. Ошибки при измерениях и их влияние на вычисления.
1. Виды ошибок при измерениях. Ошибки при измерениях
прежде всего возникают как от неправильности метода измерения,
так и от погрешностей самого измеряющего прибора. Эти ошиб-
ки носят название систематических. Полное устране-
ние этих ошибок, вообще говоря, совершенно невозможно. Умень-
шение их достигается применением более совершенных при-
боров и методов измерений. В условиях же школы, где для из-
мерений применяются в сущности несовершенные измеритель-
ные приборы, систематические ошибки достигают значительной
величины.
Кроме систематических, существуют ошибки, называемые
случайными и зависящие в основном от самого наблюдате-
ля. Так ученик, делая отсчёт по любому измерительному инстру-
менту, будь то линейка, мензурка, весы, амперметр, термометр
и т. п., всегда допускает некоторую ошибку, называемую случай-
ной. Если случайные ошибки не могут быть вовсе исключены,
то во всяком случае их влияние на искажение результата может
быть сильно уменьшено путем вычисления среднего ариф-
метического из нескольких измерений. Поэтому-то при
школьных измерениях, когда нет времени для производства уча-
щимися нескольких повторных наблюдений, наиболее близкий
к действительному результат может быть получен, как среднее
арифметическое из результатов измерений отдельных звеньев.
442
§ 59, 1
при условии, что все измеряемые физические величины должны
иметь одно и то же числовое значение. Если при значительном
количестве измерений один из результатов сильно уклоняется от
всех остальных, его следует отбросить как явно порочный. Уча-
щиеся должны быть поставлены в известность о наличии случай-
ных ошибок, и им нужно разъяснить значение вычисления сред-
него арифметического. Такое вычисление выполняется на подыто-
живающих беседах для ряда работ (определения величины п,
удельного веса, удельной теплоёмкости, теплоты плавления, теп-
лоты парообразования). Сравнение результата измерения данно-
го звена с этой средней арифметической величиной является луч-
шим критерием для оценки качества работы звена, чем сопостав-
ление с табличными данными.
Нужно помнить, что вследствие систематических ошибок,
если даже считать случайные ошибки совершенно исключённы-
ми, никогда нельзя с измерительной аппаратурой школьного ти-
па получить результат, совпадающий с табличными данными.
Но такое расхождение может быть обусловлено и совершенно
иной причиной.
Преподаватели и особенно сами учащиеся имеют склон-
ность после окончания любой лабораторной работы сравнивать
числовое значение полученного результата с табличными данны-
ми. Между тем при таком сравнении надо различать два случая.
К первому случаю относятся измерения или определения
постоянных физических величин, не зависящих от того
объекта и той аппаратуры, при посредстве которых производится
измерение. Наиболее характерным примером для такого случая
является определение числа п, величина которого совершенно
не зависит ни от размеров измеряемой окружности, ни от спосо-
бов определения. Другим примером такого же случая может слу-
жить лабораторная работа на закон Джоуля-Ленца, когда вы-
числяется постоянный коэфициент, выражающий связь между
двумя единицами — джоулем и калорией.
Большинство лабораторных работ принадлежит к совершен-
но иному типу, составляющему второй случай. В этих работах
определяется физическая величина, числовое значение которой
зависит от индивидуальных качеств изучаемого о б ъ е к-
т а. К таким величинам надо отнести: удельный вес, удельная теп-
лоёмкость, удельное сопротивление и т. д. В справочных табли-
цах указываются данные для химически чистых веществ или для
вполне определённого состава (например, сплавов). Между тем
те тела, которые применяются в школах в лабораторных работах,
заведомо не являются химически чистыми и большей частью име-
ют неизвестный состав; это может быть какой-либо сплав или ве-
щество с примесями, нарушающими его свойства. Совершенно
очевидно, что числовые результаты, полученные при лаборатор-
ных измерениях для тел своеобразного или смешанного соста-
§ 69, 2
443
ва, не только могут, но и должны не совпадать с табличными дан-
ными.
Для всех тел школьной лаборатории преподаватель дол-
жен сам найти «табличные» данные. Для этого надо переметить
или перенумеровать тела, применяемые в лабораторных работах,
и в особую тетрадь после каждой лабораторной работы записы-
вать числовой результат измерения для данного тела. Накоплен-
ный числовой материал позволит вычислить средние арифмети-
ческие значения и таким путём получить «табличные» данные
наиболее вероятных значений для физических величин, определяе-
мых в процессе лабораторных работ с конкретными телами школь-
ного кабинета. При дальнейших измерениях появится возможность
сравнивать результаты ученических измерений с данными соб-
ственного табличного справочника.
Различают ошибки абсолютные и относительные. Абсо-
лютная ошибка определяется разностью между действитель-
ным значением величины и результатом измерения.
Относительная ошибка выражается отношением
абсолютной ошибки ко всей измеряемой величине. Так, если уча-
щийся делает отсчёт по термометру с градусными делениями, до-
пуская ошибку менее, чем в половину деления, то абсолютная
ошибка будет равна +0,5°. Относительную ошибку можно вычис-
лить, взяв отношение абсолютной, в данном случае равной 4-0,5°,
к измеряемой величине, например, 80°. Тогда относительная
ошибка будет:
£ = ±0,006 = ±0,6%.
2. Ошибки учащихся при отсчётах. Школьные измерительные
приборы несовершенны, и поэтому измерения на них дают сра-
внительно крупные систематические ошибки. Но ещё большие
ошибки получаются при отсчётах учащихся по шкалам этих из-
мерительных приборов.
Выясним величины относительных ошибок, допускаемых уча-
щимися, считая, что отсчёты делаются ими по целым делени-
ям шкалы без определения на глаз десятых долей этих делений.
Такое положение соответствует действительности, так как от-
счёты с точностью до десятых долей совершенно недоступны
для учащихся семилетней школы. Однако, учащиеся должны
быть инструктированы, что если показания прибора, например,
стрелки (или границы измеряемой линии), соответствуют проме-
жуточному положению между двумя соседними делениями, то
за результат принимают:
I. Наименьшее значение, когда стрелка показывает
менее половины деления.
II. Наибольшее значение, когда стрелка располагает-
ся далее середины деления.
444
S‘ ЗЯ 2
III. В случае, если показания стрелки соответствуют сере-
дине между делениями, при школьных измерениях может быть
взято любое из значений — меньшее или большее.
Так, например, если стрелка вольтметра (со шкалой до де-
сятых долей) в одном случае даёт показания 3,2—|—0,07 V и в
другом 1,4-)-0,03 V,to за отсчёты следует принять соответствен-
но 3,3 V и 1,4 V. Руководствуясь этими же положениями, делают-
ся отсчёты длин — по масштабной линейке, объёма — по уровню
жидкости в мензурке, температуры — по границе столбика ртути
й т. п.
Таким образом, при соблюдении указанных правил абсо-
лютная ошибка учащихся при отсчётах будет всегда соответ-
ствовать 4-0,5 величины деления на шкале прибора.
Отсюда следует, что при пользовании лабораторными прибо-
рами школьного типа учащийся допустит следующие абсолютные
ошибки при своих отсчётах:
Название прибора Цена наименьшего деления Величина ошибки
Масштабная линейка Мензурка » » Динамометр » Термометр Вольтметр Амперметр 1 мм (рис. 462) 1/2 см3 1 см3 (рис. 469) 5 см3 10 Г (рис. 103) 100 Г (рис. 104) 1° С (рис. 106) 0,1V (рис. 112) 0,1 А (рис. 112) ±0,5 мм ±0,25 см3 ±0,5 см3 ±2,5 см3 ±5 Г ±50 Г ± 5° С ± 0,05 V ± 0,05 А
Относительная ошибка зависит от величины результата изме-
рения. Так, например, если учащийся отсчитал температуры в
одном случае 5° и в другом 80°, то при допущенной им абсолют-
ной ошибке в 4-0,5° относительные ошибки будут соответственно
равны:
¥=ОД = 10 °/0: = 0,006 = 0,6%.
□ OU
Если при измерении длин учащимся получены результаты
45 см и 8 мм, то при абсолютной ошибке в 4-0,5 мм относительные
ошибки окажутся равными:
¥=0,001 = од %; °-£ = 0,06 - 6%.
х) По определению на глаз опытным экспериментатором. Учащиеся
же смогут отметить, что в первом случае стрелка находится дальше, чем се-
редина между делениями, и во втором — ближе, чем середина.
§ 59, 2
445
Для аптекарских весов (до 100 г) абсолютную ошибку, допускае-
мую учащимся при измерении, надо считать равной 10мг: 2=5 мг,
что при взвешивании сравнительно крупных тел даст относи-
тельные ошибки настолько малые, что ими по сравнению с
другими можно в большинстве случаев пренебрегать. Так, при
взвешивании тел весом в Юг и 150г относительные ошибки полу-
чатся соответственно равные:
0^1 = 0,0005 = 0,05 •/,; - 0,3%.
Для весов Беранже, в зависимости от величины их предельной
нагрузки, абсолютная ошибка, допускаемая учащимся, оказы-
вается равной 100 мг: 2 = 50 мг или для более крупных
500 мг: 2=250 мг.
Но, кроме этих случайных ошибок, существуют ещё систе-
матические ошибки, не зависящие от учащегося и обусловленные
качествами применяемого инструмента. Из всех приборов, при-
меняемых в школьной лаборатории, наиболее совершенными яв-
ляются аптекарские весы (рис. 95).
Так как в большинстве лабораторных работ учащимся при-
ходится производить несколько различных измерений, то на ре-
зультат оказывают своё влияние ошибки всех этих измерений.
Теория позволяет вычислить величину относительной ошибки
результата в зависимости от величины ошибок при измерениях
отдельных величин. Формулы, по которььм производится это вы-
числение, различны в зависимости от вида соотношения величин.
Если не принимать в расчёт единственного случая, когда в фор-
мулу входит вторая степень (квадрат силы тока в законе Джоу-
ля-Ленца), то можно считать, что в расчётах при лабораторных
работах в школе-семилетке мы имеем дело с умножением и деле-
нием величин, входящих в формулу. На этом основании все от-
носительны е ошибки складываются между собой.
Для упрощения мы примем, что относительные ошибки од-
нозначны и складываются арифметически между собой; при та-
ком допущении вычисление даёт величину наибольшей
возможной относительной ошибки результата, что будет соот-
ветствовать наиболее неблагоприятному случаюг).
Очень редко относительные ошибки для всех величин, входя-
щих в расчёт, имеют близкие друг к другу числовые значения.
Чаще встречается такой случай, когда одна часть величин имеет
относительные ошибки, во много раз (более 10) превышающие
ошибки остальных величин. Причиной обычно служит то обстоя-
тельство, что одни из величин по абсолютному значению гораздо
х) На самом деле ошибки имеют знак и в формулах для вычисления от-
носительной ошибки результата входят не только как слагаемые, но и как
вычитаемые. Поэтому действительная ошибка результата будет всегда меньше
вычисленной нами.
446
§ М>, 2
меньше других. Например, при определении удельной теплоём-
кости твёрдых тел изменение температуры воды (около 5°) значи-
тельно меньше веса тела (около 100 г) и веса воды (около 200 г)
(см. дальше пример 3).
В таких случаях наименьшая величина, если на её измере-
ние не обратить особого внимания, даст наибольшую относитель-
ную ошибку, по сравнению с которой другими ошибками можно
пренебречь. Вывод отсюда такой: в случае резкого разли-
чия в числовых значениях измеряемых величин главное внима-
ние и усилие надо приложить к измерению такой н а и м е н ь-
ш е й величины с возможно большей точностью.
Остальные величины можно измерять более грубо, т. е. не ста-
раясь обязательно достигнуть наибольшей абсолютной точности,
лишь бы относитёльные ошибки не превысили относительной
ошибки, полученной при измерении малой величины (см. пример 3).
Не имеет никакого смысла тратить время и силы на то, чтобы
добиваться предельной абсолютной точности при измерении всех
величин, когда одна из них прй‘ всей возможной тщательности
измерения всё равно даёт большую относительную ошибку. На
эти обстоятельства преподаватель должен обратить своё внима-
ние, так как учащиеся обычно не разбираются в различии усло-
вий измерения величин и склонны применять одинаковую тща-
тельность при измерении всех величин без различия, не подо-
зревая, что часто их труды и старания не только пропадают
даром, но и совершенно не нужны.
Рассмотрим три примера:
1) Определение объёма брусочка через измерение
линейных размеров (§ 65, 5).
Измерения при абсолютных ошибках zt 0,5 мм дали: длина а =20 см,
ширина b =45 мм, высота h = 25 мм. Тогда относительная ошибка резуль-
тата будет равна:
= Т + Т + Т = £го + + Й - °’25°/» ++ 2’00/» = 3’30/»-
2) Измерение удельного веса твёрдого тела (§ 63,4).
Измерения дали:
Объём тела (мензуркой) V —20 см3. Вес тела Р =140 г.
Считая абсолютные ошибки при измерениях мензуркой равной 0,5 см
и весами равной 5 мг, получим относительную ошибку для удельного веса:
+ = 2-5°/«+°’004% 2’5%-
Мы видим, что вес тела можно было измерить с точностью до 1 а, и даже
в таком случае получили бы относительную ошибку:
АР 1
Этим подтверждается заключение: если в одной работе про-
изводится несколько видов измерений, то все они должны быть
произведены примерно с одинаковой степенью относитель-
§ 59, 3 447
ной точности. Таким образом, важно не переоценивать точность
измерений одной величины, забывая, что другая, входящая в вы-
числение, не может быть определена достаточно точно.
Поэтому правильнее было бы применять при указанном спо-
собе определения удельного веса наряду с мензуркой весы не
аптекарские, а Беранже.
3) Измерение удельной теплоёмкости твёрдого
тела (§ 66, 5)
При измерениях найдено:
Вес воды 200 г (мензуркой). Вес тела 100 г. При температуре тела в 100°
и температуре воды в 20° температура смеси примерно равна 25°; следова-
тельно, в расчёт входят две разности температур в 5° и 75°.
Если принять абсолютные ошибки для веса воды ± 0,5 г; для веса
тела ± 5 мг\ для температур 0,5°, найдём для относительной ошибки
результата следующее значение:
= АР_1 , г . _1_^2
с Л Т Ps «1 ’
где под t, и ts подразумеваются разности температур; или
V = Т0Г + °5’ = °’0050/о + °’25О/» + 0’67О/» +10О/» = и°/»'
Этот пример показывает, па измерение какой величины на-
до обратить главное внимание и что ошибки при измерении ос-
тальных величин не оказывают заметного влияния. Ясно видно,
что применение аптекарских весов наравне с мензуркой не име-
ет смысла. Вес тела можно было дать с точностью до 25 г.
3. Вычисления при решении задач. Учащиеся в лабораторных
работах, произведя несколько измерений различных величин,
производят затем вычисления по формулам для нахождения ре-
зультата. С какой степенью точности должны производиться эти
вычисления? Естественно, что все операции арифметического по-
рядка могут производиться с такими числами, у которых только
один последний десятичный знак является сомнительным. Точ-
но так же при нахождении результата вычисления делаются не
далее того десятичного знака, который оказывается первым со-
мнительным.
Рассмотрим, как можно выяснить, какой из десятичных зна-
ков (или значащих цифр) является сомнительным. Пусть, напри-
мер, учащийся в результате измерений нашёл, что объём тела
(измеренный мензуркой с делениями в 1 см*) равен 12 см3 и вес
тела (определённый на аптекарских весах) равен 97,98 а.
Величина относительной ошибки будет:
ДР___Д7 . ДР
D ~~ V Р ’
Относительную ошибку при взвешивании можно не прини-
мать во внимание, так как она примерно в 1 000 раз меньше от-
носительной ошибки при измерении объёма.
448
$ ^9, 3
Тогда
— — -- — —0 04 — 4°/
D — V ~ 12 —/о-
Следовательно, относительная ошибка для удельного веса
составляет 4% или соответствующая абсолютная будет равна
8,2-0,4 = 0,328 Д.
смА
Отсюда следует, что при определении удельного веса учащий-
ся мог ошибиться на 0,328 и, следовательно, по меньшей мере
смА
первый десятичный знак при вычислении результата уже являет-
ся сомнительным. Поэтому вычисления надо ограничить первым
десятичным знаком, т. е. принять результат равным 8,2 Та-
ким образом, рассмотренный нами пример показывает, что опре-
деление наибольшей возможной ошибки определяет степень точ-
ности вычисления результата.
В семилетней школе при вычислениях вполне достаточно
ограничиваться простейшими правилами подсчёта десятичных
знаков и цифр. Эти правила всегда помогут учащимся выйти
из затруднения, которое при вычислениях встречают учащиеся
при решении вопроса, на каком десятичном знаке надо остано-
виться, оссбэнно при делении (например, при нахождении средне-
го арифметического).
Правила подсчёта десятичных знаков и цифр и округления
чисел:
1. При сложении и вычитании в результате должно быть
столько десятичных знаков, сколько их находится в одном из
данных чисел, имеющем наименьшее число знаков.
II. При умножении и делении в результате надо оставить
столько значащих цифр (не считая нулей, стоящих с левой
стороны), сколько их имеет одно из данных чисел с наимень-
шим количеством их.
III. Когда в процессе вычислений приходится находить
промежуточные числовые значения, то надо сохранять на одну
цифру больше, нежели это требуется на основании двух пер-
вых правил.
IV. Если первая левая из отбрасываемых цифр больше 5,
то следует последнюю остающуюся цифру числа увеличить
на 1; если первая отбрасываемая цифра равна 5, то последняя
остающаяся цифра не меняется, если она нечётная, и увели-
чивается на 1, если она чётная.
$ 60, 1
449
Примеры применения правил:
1) 0,005% + 0,25% + 0,67% + 10% = 10,925% = 11 %;
2) 4,6 — 2,947 = 1,653 = 1,7; 3) 8,72 X 4,4 = 38,368 = 38;
4) 97,98 г: 12 сл<3 = 8,165 == 8,2^;
5) it = 3,14159 = 3,1416 3,1411= 3,14;
6) /26 = 5,09902 = 5,0990 5,099 == 5,10.
Последний пример показывает, что нуль, стоящий справа от
запятой на конце в приближённом числе, имеет вполне опреде-
лённый смысл и не может быть отброшен за ненадобностью, как
это можно сделать в точном числе. В приближённом числе стоя-
щий справа нуль свидетельствует, что при округлении числа с дан-
ной точностью его последним десятичным знаком является имен-
но нуль, а не любая иная цифра, как можно думать, если этот
десятичный знак .совсем отсутствует. Такой случай написания
приближённых чисел, полученных как в результате измерения,
так и при вычислениях, нельзя забывать. Числа 5,10 и 5,1 дают
две разные степени точности.
§ 60. О выполнении студентами лабораторных работ.
1. Подготовка и выполнение работы. Кроме соблюдения ука-
заний, данных в § 20, надо иметь в виду следующие положения:
I. Студент должен предварительно подготовиться
к каждой из лабораторных работ, проштудировав для этого соот-
ветствующие параграфы методических указаний, помещенных в
т. I «Общие вопросы методики физики», а также описания в кни-
ге Знаменского «Лабораторные занятия по физике». За-
тем просматриваются приведённые далее методические указания,
описание приборов, правила пользования теми или иными из-
мерительными инструментами. Только после этого можно пере-
ходить к практическому выполнению работ по соответствующим
описаниям. В описаниях работ даны общие советы относительно
техники выполнения измерения или постановки опыта.
II. Последним и не менее трудоёмким процессом является за-
ключительный этап работы — составление отчёта о
том, как студент рассчитывает полученные им технические зна-
ния применить при организации лабораторных работ в школе в
соответствии с требованиями методики. Для этого прежде всего
определяется целевая установка данной группы ла-
бораторных работ, намечается конкретное содержание их
и вырабатываются инструкции и формы записей для
учащихся. Полученные студентом результаты отдельных изме-
рений и вычислений записываются им по выработанной форме,,
чтобы тем самым показать образец записи.
29 Е. Н. Горячкин
450
$ 60, 2
i III. Для каждой из работ обязательно вычисление
наибольшей относительной ошибки при измерениях с тем,
чтобы быть не только осведомлённым относительно получаемых
результатов измерения, но и для определения той степени точ-
ности, с которой надо производить вычисления.
Наконец, студенту надо дать ответы на поставленные после
каждой работы вопросы.
2. Инструкции и форма записей. В зависимости от поставлен-
ной цели лабораторной работы, а также от качеств применяемой
аппаратуры, выявляются содержание и порядок проведения ра-
боты, а также техника её осуществления. Поэтому далеко не всег-
да можно руководствоваться инструкциями для учащихся к ла-
бораторным работам, приведёнными в учебниках и методиче-
ских руководствах. Преподаватель сам вырабатывает с начала до
конца инструкцию или вносит ряд дополнений и изменений в
инструкцию, взятую из тех или других пособий.
Инструкция указывает учащемуся:
1) Из каких приборов состоит установка и как она должна быть
собрана.
2) Какие операции и в какой последовательности следует про-
делать учащемуся.
3) Какие измерения или наблюдения должны быть при этом
произведены.
4) Каким образом полученные результаты надлежит исполь-
зовать для вывода, являющегося ответом на основной вопрос, по-
ставленный темой работы.
Кроме того, инструкция содержит вопросы, требующие само-
стоятельных заключений со стороны учащегося на основе произ-
ведённых им наблюдений.
В инструкции приводится также форма, по которой учащиеся
производят записи в своих тетрадях. Приводим в качестве при-
мера такие формы:
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №. . .
Определение к. п, д. при подъёме груза по наклонной плоскости.
Работа подъёма груза равна .............................
Коэфициентом полезного действия при подъёме груза по наклонной
плоскости называется......................................
Данные измерений Наклонная плоскость установлена
отлого круто
Путь по наклонной плоскости Сила тяги
5 61, 1
451
Данные измерений Наклонная плоскость установлена
отлого круто
Работа подъёма по наклонной плоскости (за- траченная работа) Путь по вертикали Работа подъёма по вертикали (полезная ра- бота) Коэфициент полезного действия равен 0 % 0,....%
Вывод: коэфициент полезного действия . . увеличении выигрыша в силе. .... при
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №. . .
Измерение сопротивления электрической лампочки.
Сопротивление (в омах) численно равно напряжению (в вольтах), де-
ленному на силу тока (в амперах).
Данные измерений:
Напряжение V = Сила тока I = Сопротивление R —
Сопротивление электрической лампочки в накалённом состоянии равно .... омам.
Глава двенадцатая,
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ОСНОВНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ.
§ 61. Лабораторные работы: Измерение длин.
Методические указания — см. т. I, § 58, 5.
Изготовление приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 30, 1.
1. ^Методические замечания. Основной целью данной группы
лабораторных работ для студента является изучение правильных
приёмов измерения длины посредством различных измерительных
линеек с той целью, чтобы эти навыки были впоследствии пере-
даны учащимся средней школы. Изучаются измерения длин пря-
мых (линейных размеров предметов, в том числе диаметра) и кри-
вых линий (окружность, длина дорог и рек на карте). Кроме то-
го, надо познакомиться с некоторыми косвенными приёмами из-
мерения малых толщин (бумаги и проволоки).
29*
452
$ 61, 2—3
В школе при обучении измерениям длин было бы совершенно
неправильно ограничиться одними измерениями на лаборатор-
ном столе. Исключительно важное значение имеют измерения длин
на местности (приусадебный участок школы и т. п.), в особенно-
сти в условиях сельской школы.
2. Измерительные инструменты. Наилучшими для измерения
являются металлические измерительные линейки, применяемые
в технике, и чертёжные треугольные (рис. 462), но как те, так и
Сантиметры
Рис. 462. Линейки
измерительные- — тех-
ническая (II) и
чертёжная (I).
другие сравнительно дороги;
поэтому в первый период ор-
ганизации кабинета и лабора-
тории можно пользоваться
обычными школьными измери-
тельными линейками или уголь-
никами. Однако, при употреб-
лении
школьных линеек надо
2
Дюймы
V1
ДИ
FJIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
liiiiiuiiiiHiiiiiiiiniiiiiiinii
[2|5 2,6 217,218 2|9.3|0
ГПо
II
иметь в виду, что деления на них накатаны столь небрежно, что
некоторые штрихи оказываются расплывчатыми и чересчур тол-
стыми. Наконец, нулевое деление у этих линеек помещается от
конца на некотором расстоянии; случается также, что в первом
сантиметре нехватает одного-двух миллиметров, и поэтому нуле-
вое деление отсутствует.
Для измерений на местности следует применять рулетку или
мерную ленту.
3. Объекты для измерений. Для измерения длин надо сделать
или заказать столяру деревянные брусочки из твёрдой породы
дерева (лучше всего из берёзы), чтобы при многократном поль-
зовании рёбра у них сохранялись в целости и с течением времени
не получали закруглённой формы. Брусочкам следует придать
форму правильных прямоугольных параллелепипедов с тремя раз-
личными измерениями (10—15 см'%5—8 см\3—5 см). В свою
очередь брусочки делают отличными друг от друга хотя вводном
из своих измерений, чтобы звенья учащихся не получали одина-
ковых результатов. Брусочки желательно окрасить масляной
краской или покрыть лаком как для большей прочности их краёв,
так и для сохранения опрятного вида; тогда они смогут служить
многие годы. Для проверки получаемых учащимися результатов
преподавателю необходимо заранее пронумеровать брусочки (мас-
ляной краской), измерить их и записать полученные результаты.
$ ei, 4
453
Объектами для измерений длины окружности и диаметра мо-
гут служить деревянные и металлические цилиндры или сте-
Рис. 463. Основные правила измерения
линейкой.
клянные банки и стаканы. При под-
боре этих объектов надо обратить
особое внимание, чтобы края у них
были острыми, а не закруглённы-
ми. Можно воспользоваться для из-
мерений цилиндрическими телами
для определения удельных весов и теплоёмкостей (рис. 474),
но малые размеры их диаметра усложняют измерение.
Для измерения длин кривых линий лучше всего достать в
военном кабинете школы военные карты, но можно воспользо-
ваться также обычными географическими (рис. 507).
4. Правила измерения линейками. При измерениях надо соблю-
дать следующие правила с тем, чтобы впоследствии обучить им
своих учеников.
I. Во избежание ошибки на-параллакс располагают глаз
наблюдателя на линии, перпендикулярной к поверхности,
на которой производится измерение длины (см. дальше ме-
тодические замечания). Измерения толстой линейкой произ-
водят указанным на рисунке 463, II способом.
II. Так как начало линейки может оказаться испорченным
и поэтому не соответствующим её нулевому делению, то ли-
нейку прикладывают так, как указано на рисунке 463, V.
454
§ 61, 4
Искомый результат измерения будет равен разности двух
отсчётов: у начала измеряемой прямой линии и у конца её,
т. е. в рассматриваемом случае 37 —10 =: 27 мм.
III. При измерении расстояния между двумя параллель-
ными прямыми линиями (краями брусочка) линейку прикла-
дывают так, чтобы её край образовывал прямой угол с изме-
ряемой прямой (рис. 463, III).
IV. При измерениях расстояний между краями предметов
делают три измерения в различных местах. За искомый ре-
зультат принимают среднее арифметическое из этих отсчё-
тов. Поступают так в случаях, когда края предмета сбиты
или не везде параллельны друг другу.
V. При измерении длин у одного из многочисленных по-
добных друг другу предметов (спички, гвозди, зёрна и т. п.)
прежде всего уточняют поставленную задачу —нужно ли знать
длину данного предмета или среднюю длину единообразных
предметов. В первом случае измерение производят указан-
ными выше способами; во втором измеряют соответствующие
длины у нескольких предметов и за искомый результат при-
нимают среднее арифметическое.
VI. При измерениях величины диаметра окружности,
центр которой не обозначен, находят наибольшее расстояние
между её краями. Это расстояние будет равно диаметру.
VII. В ряде случаев линейка не может быть приложена
к тем точкам предмета, между которыми производится изме-
рение. Тогда прибегают к помощи подсобных инструментов,
в частности применяют кубики, бруски и угольники (рис. 464)
или пользуются кронциркулем (рис. 466).
VIII. Для измерения малых толщин у единообразных
предметов их накладывают друг на друга или располагают
рядом. Измерив сумму толщин для взятого количества пред-
метов, находят искомую величину делением полученного ре-
зультата на число предметов (рис. 465, I и II).
5 61. 4
455
Из перечисленных правил особого внимания заслуживает
первое — об ошибке на-параллакс, которая сказы-
вается не только при измерениях длин толстыми линейками, но
и при отсчёте ряда других приборов (стрелки весов, электрических
измерителей и пр.). Поэтому для пояснения явления параллакса
Рис. 464, Измерение длины болта (I) и диаметра шарика (II).
надо провести особую демонстрацию. На классной доске мелом
наносят ряд штрихов, изображающих деления шкалы, и нуме-
руют их (рис. 154). На расстоянии примерно в -у м от доски по-
мещают вертикально указку и поочерёдно предлагают нескольким
учащимся, сидяшим в первом ряду, сделать по ней отсчёты на
Рис. 465. Измерение толщины бумаги (II) и диаметра проволоки (I).
шкале и притом со своего места. Величины, названные учащими-
ся, будут различны, особенно отличаясь друг от друга для край-
него правого и крайнего левого места. Изменяя расстояние указ-
ки до доски, выясняют, что ошибка будет тем значительней, чем
дальше указка расположена от шкалы. После такого опыта нетруд-
но разобрать первое правило, применение которого особенно важ-
но для толстых измерительных линеек. Введение четвёртого пра-
вила вызвано тем, что у некоторых прямоугольных предметов,
вследствие их не совсем правильной формы или повреждений рё-
бер, какое-нибудь измеренйе имеет различную длину в разных
точках грани. Тогда задача приводит к нахождению средней ве-
личины данного измерения.
Шестое правило применимо также к измерению расстояния
между параллельными прямыми. Большое практическое значе-
ние имеет седьмое правило; его надо распространить на случай
456
$ 61, 5
применения предметов прямоугольной формы (кубики, книги,
коробки) для измерений, подобных изображённому на рисунке
464.
Восьмое правило позволяет измерять толщины у единооб-
разных предметов такой малой величины, что измерение одного
из них с помощью линейки немыслимо (рис. 465).
5. Лабораторная работа I: Измерение длины прямых линий.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный метр с милли-
метровыми делениями. 2) Масштабные линейки —
Рис. 466.
Ш
Применение кронциркуля при
измерениях.
металлическая и школь-
ная (рис. 462). 3) Клет-
чатая бумага. 4) Два
деревянных брусочка.
5) Книга в переплёте.
6) Проволока толщиной в
0,2—0,5 мм. 7) Каран-
даш. 8) Угольник. 9)
Кронциркуль (рис. 466).
А. Измерить
линейные раз-
меры клеточ-
к и на бумаге из тет-
ради по математике.
1) Для измерений
воспользоваться прежде всего толстой линейкой, например, де-
монстрационным метром с миллиметровыми делениями, даю-
щими огромную ошибку на-параллакс. Проверить свои навыки
применения первого правила (см. § 61, 4, пр. I). Затем повторить
измерения, приложив линейку узким боком, чтобы штрихи
примыкали к измеряемой линии.
2) Последующие измерения произвести, пользуясь масштаб-
ными линейками — металлической и школьной. Выяснить, ка-
кие преимущества даёт металлическая линейка по сравнению со
школьной.
3) Сравнить результаты, получаемые при непосредственном
измерении размера одной клеточки и при вычислении результа-
та после измерения п клеточек.
4) На основе рисунка 467 проверить свой навык по отсчёту
на глаз десятых долей деления.
Б. Определить линейные размеры бру-
сочка.
Путём измерения выяснить, имеет ли смысл производить каж-
дое измерение по три раза и брать среднее арифметическое.
В. Измерить длину очинённого каран-
даша и диаметр шарика.
При измерении диаметра шарика выяснить, какими простей-
шими подсобными приспособлениями пользоваться удобнее, чем
угольником.
$ 61,6
Г. Измерить толщину бумаги и тонкой
проволоки.
1) Произвести измерение толщины бумаги в данной книге.
2) Измерить диаметр проволоки, намотав её виток к витку
на карандаш (рис. 465, I).
8,5 14 5 6Л 5.9 10,3
II рц|||| 111|1111|1111|Н 111[Н11|1111|П III) IJI|IIII|II 1Н|1П1|1Ш
Рис. 467. Произвести отсчёты с точностью до десятых долей.
6. Лабораторная работа II: Измерение длины кривых линий.
Приборы и материалы:!) Масштабная линейка. 2) Нитка
от катушки (длиною в 50 см). 3) Два-три цилиндрических тела различного
диаметра. 4) Зубчатое колёсико. 5) Метровая стальная рулетка.
А. Измерение длины кривой на карте
1) В случае отсутствия карты начертить на бумаге произволь
ную кривую и измерить её дли-
ну ниткой.
2) Зубчатое колёсико от ча-
сов или механизма детской иг-
рушки укрепить на куске про-
волоки указанным на рисунке
468 способом и, прокатывая его
по кривой, найти её длину.
3) Выяснить, какой из ука-
занных способов является бо-
лее удобным и точным.
Б. Определение ве-
личины тг.
1) Для опыта подобрать ци-
линдры из любого материала,
лишь бы они имели диаметры
различных размеров и осгрые,
а не закруглённые рёбра у од-
ного из своих оснований.
Рис. 468. Измерение кривых при
помощи зубчатого колёсика.
2) Измерить длину окружности оснований цилиндров, поль-
зуясь ниткой, полоской бумаги и рулеткой, и выяснить, какой
способ удобнее и точнее.
458
§ 61, 7; § 62, 1
3) Определить величину диаметра того из оснований, у кото-
рого производилось измерение окружности (см. правило VI).
Сделать три измерения в различных направлениях и найти сред-
нее арифметическое.
4) Вычислить отношение длины окружности к диаметру для
каждого из цилиндров и тем самым найти величину п.
5) Вычислить относительную ошибку найденной величины п.
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Сформулировать целевую установку лабораторной работы для уча-
щихся 6 класса.
2) Определить точное содержание лабораторной работы и составить ин-
струкцию для учащихся, выработав форму записей.
3) Вычислить величину относительной ошибки при измерении длины
прямых линий.
4) Вычислить величину относительной ошибки при определении вели-
чины я.
5) С какой точностью надлежит учащимся производить измерения?
6) Какие измерения следует предложить учащимся сделать дома?
§ 62. Лабораторные работы: Измерение площадей и объёмов.
Методические указания — см. т. I, § 58, 6 и 7.
Изготовление приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 30 и 31.
1. Приборы для измерения площадей и объёмов. Целью на-
стоящей работы является изучение простейших способов изме-
рения площадей и объёмов тел неправильной формы, так как эти
измерения для тел правильной геомет-
рической формы сводятся к нахождению
их линейных размеров и последующему
вычислению. Наилучшим пособием для из-
мерения площадей неправильной формы
является клетчатая миллиметровая
бумага, употребляемая в чертёжном
деле. Величина площади наименьшей
клеточки у этой бумаги соответствует 1 мм2.
Можно использовать также клетчатую
бумагу из тетради по арифметике, но это
в некоторой мере усложнит вычисления,
. так как при стороне клеточки в 5 мм пло-
щадь её равна 25 jwjw2 (рис. 472).
Для измерения объёмов служат мен-
зурки — стеклянные сосуды цилиндри-
ческой формы с делениями, показываю-
Рис. 469. Мензурки- Щими объём налитой в них жидкости,
коническая и цилиндри- Чена Деления у малых мензурок соответ-
ческая. ствует 0,5—1 см\ у крупных 5—10 ел3
$ 62, 2—3
459
(рис. 469). Наилучшими для проведения лабораторных работ
являются мензурки на 20—50 см3; более же крупные дают слиш-
ком грубые результаты.
При измерении объёмов тел, которые по своему размеру не
могут быть помещены в мензурку, пользуются подсобными при-
борами — отливными стаканами. На рисунке 470
изображены различные типы отливных стаканов; из них наиболь-
Рис. 470. Устройство различных отливных стаканов.
шего внимания заслуживает отливной стакан (рис. 470, I), кото-
рый может быть легко сделан учителем из консервной банки.
2. Правила измерения мензуркой. При измерениях мензуркой
надо соблюдать следующие правила:
I. Перед работой определить цену одного деления, т. е.
скольким кубическим сантиметрам соответствует объём, за-
ключённый между двумя соседними штрихами.
II. Мензурку для упрощения отсчётов наполняют водой
на столько, чтобы уровень её находился против одного из це-
лых делений. Воду наливают сначала обычным способом, а
затем прибавляют нужное количество или удаляют излишек
её, пользуясь пипеткой.
III. Отсчёт производят по уровню воды в средней части
мензурки, а не по краям, где он приподнят. Во избежание
ошибки на-параллакс помещают глаз на одной линии с
уровнем жидкости (рис. 471).
3. Лабораторная работа I:
ной формы.
Приборы и материал
3; Масштабная линейка. 4) Циркуль.
Измерение площади неправиль-
ы: 1) Клетчатая бумага. 2) Цилиндр.
460
§ 02 f 4
А. Измерение площади неправильной
формы/
1) Нарисовать на клетчатой бумаге из тетради любую фигуру
(рис. 472).
2) Внутри фигуры отметить, например, крестиками целые
квадраты, соответствующие 0,5 см, и сосчитать число их.
3) Соединяя внутри фигуры
попарно по две неполные кле-
точки, которые в сумме состав-
ляли бы площадь в один квад-
ратик, отмечать их точками.
Сосчитать число пар.
4) Вычислить площадь всей
фигуры.
Б. Сравнение ре-
зультатов определения пло-
Рис. 471. Правильное положение
глаза при измерении мензуркой.
->
щади при помощи измерения линейных разме-
ров и посредством клетчатой бумаги.
1) Начертить циркулем на клетчатой, лучше на миллимет-
ровой, бумаге окружность, взяв её радиус для упрощения рав-
ным целому числу милли-
метров.
2) Вычислить площадь
круга по формуле: nR2.
3) Определить площадь
того же круга подсчётом
квадратиков.
4) Сравнить получен-
ный результат с величи-
ной площади, определён-
ной по формуле.
4. Лабораторная рабо-
та II: Измерение объёма
тела мензуркой. Рис. 472. Измерение площади на милли-
Приборы и мате- метровой бумаге.
риалы: 1) Мензурки на
20—50 см3 и на 200—500 см3. 2) Пипетка. 3) Отливной стакан. 4) Тела.
5) Нитка.
А. Измерение объёма тела, умещающего-
ся в мензурке.
1) Определить цену делений в мензурках.
2) Налить в мензурки воды согласно правилу II.
3) Привязав к телу нитку, опустить его в воду и сделать от-
счёты, применяя ту и другую мензурку.
4) Сравнить полученные результаты и определить абсолют-
ные ошибки.
§ 62, 5; § 63, 1
461
Б. Измерение объёма тела, не умещающе-
гося в мензурке.
1) Наполнить отливной стакан до возможно более высокого
уровня, поместив его предварительно на достаточно высокую
подставку.
2) Поставить под носик отливного стакана
рожно погрузить в воду тело, привязанное на
3) Определить’ по
мензурке объём вы-
лившейся воды, а
следовательно, и объ-
ём тела.
5. Вопросы к от-
чёту студента:
1) Сформулировать
целевую установку ла-
бораторной работы для
учащихся 6 класса.
2) Определить точное
содержание лаборатор-
ной работы и составить
мензурку и осто-
нитке (рис. 473).
Рис. 473. Измерение объёма при помощи
отливного стакана.
инструкцию для уча-
щихся, выработав форму
записей.
3) Вычислить вели-
чину относительной ошибки при измерении объема мензуркой.
4) Сравнить наибольшие относительные ошибки при измерении объёма
брусочка с помощью отливного стакана и мензурки и при вычислении объёма
на основании измерения его линейных размеров миллиметровой линейкой.
5) Где рациональнее предложить провести работу по измерению площа-
дей — в классе или дома?
6) Какого объёма — меньшего или большего — следует брать тела для
измерения мензуркой с целью получения наименьшей относительной погреш-
ности? Какой формы тела оказываются наиболее подходящими для изме-
рений?
7) Будут ли вести к искажению результата измерений капли воды, при-
ставшие к стеклу внутри мензурки? Следует ли их удалять? Каков объём
каыли?
8) Как произвести с помощью мензурки измерение объёма тела, не то-
нущего в воде?
9) Как проще'всего произвести измерение ёмкости сосуда?
10) В каких случаях рационально применение конической мензурки
(рис. 469)?
§ 63. Лабораторные работы: Взвешивание и определение
удельного веса.
Методические указания — см. т. I, § 59.
Изготовление приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 32.
1. Методические замечания. В первой же работе со взвеши-
ванием тел, проводимой в школе, надлежит обратить самое серьёз-
462
§ 63, 1
ное внимание на то, чтобы учащиеся овладели техникой:
обращения с весами и изучили правила взве-
шивания. Во всех дальнейших работах, в которых на-
ходят себе применение весы, следует требовать от них неуклон-
ного выполнения этих правил. Объектами для взвешивания мо-
гут служить самые различные предметы. Однако преподаватель
должен предварительно их подобрать, взвесить и пронумеровать
для того, чтобы по своим записям ему возможно было прове-
рять получаемые учащимися результаты. Бакушинский
Рис. 474. Тела цилиндрической формы из различных металлов
одинакового объёма.
справедливо рекомендует предлагать учащимся произвести взве-
шивание двух предметов: одного — сравнительно тяжёлого (по-
рядка нескольких десятков граммов) и другого — лёгкого, на-
пример, двух-трёх листов бумаги.
Кроме измерений веса обычных предметов, надо научить уча-
щихся определить взвешиванием средний вес однородных пред-
метов (спичек, гороха, крупной дроби и т. п.).
При первой же работе желательно поставить работу так, что-
бы результаты взвешивания могли быть использованы в дальней-
шем. Так, в качестве объектов взвешивания надо предложить
учащимся цилиндры одинакового объёма из различных металлов
(на каждое звено по 2 цилиндра) (рис. 474). Сопоставление ре-
зультатов измерений приведёт к выводам, которые окажутся по-
лезными при введении понятия об удельном весе.
Для определения удельного веса можно воспользоваться кус-
ками различных металлов, частей каких-либо машин. Проще же,
чем подбирать такие части, приобрести набор цилиндров из раз-
личных металлов (медь, латунь, железо, алюминий, свинец), пред-
§ 63, 2—3
463
назначенных для калориметрических работ (определение теп-
лоёмкости) (рис. 474).
Из жидкостей для определения их удельного веса наиболее
рационально применять денатурированный спирт и насыщенный
раствор поваренной соли в воде.
Обязательной для проведения в школе является работа по
определению удельного веса твёрдого тела. Нахождение же удель-
ного веса жидкостей может быть предложено учащимся, если на
то найдётся время без ущерба для дальнейшего изложения кур-
са. Работу с определением удельного веса жидкостей возможно
провести в порядке кружковых занятий.
Дальше приводятся лабораторные работы лишь на измерение
удельного веса — в предположении, что студент в процессе вы-
полнения их овладеет навыками обращения с весами и изучит
правила взвешивания.
2. Приборы. Для лабораторных работ в неполной средней шко-
ле лучшими являются весы Беранже до 2 кг (рис. 97). Однако
вследствие их дороговизны приходится применять более дешё-
вые ручные аптекарские весы, допускающие наибольшую нагрузку
лишь до 100 г (рис. 95). По этой причине в некоторых ра-
ботах аптекарские весы приходится перегружать выше нормы,
что ведёт к уменьшению их чувствительности. Кроме того, эти
весы неудобны для взвешиваний сравнительно крупных предме-
тов (вроде стакана), а тем более высоких (например, мензурки).
Описание весов .Беранже и аптекарских, а также правила об-
ращения с ними даны в § 15, 2—3.
Наиболее желательно иметь латунный разновес (рис. 100,1),
а не керамический (рис. 101), но при условии приучить уча-
щихся накладывать разновески на чашки весов при помощи пин-
цета (рис. 102) (см. § 15, 6).
3. Правила взвешивания. Как весы Беранже, так и аптекар-
ские должны быть заранее, перед выдачей их учащимся, осмотре-
ны преподавателем и уравновешены. Весы Беранже чаще всего
перестают работать вследствие смещения их призм из соответ-
ствующих подушек, что очень нетрудно исправить. Кроме того,
нарушение равновесия наблюдается, если чашки перепутаны мес-
тами (левая на месте правой) или, что хуже, попали с других ве-
сов. Во избежание перепутывания чашек их помечают буквами
Л и П (левая, правая), а также надписывают на них номер весов.
Аптекарские весы преподаватель приводит к равновесию, от-
стригая кончики шнуров, на которых висят чашки, или, лучше,
нагружая более лёгкую чап/ку кусочком проволочки, наматывая
её на один из шнуров.
В добавление к изложенным в § 15, 5 правилам обращения с
весами здесь приведены правила взвешивания, с которыми не
только надо ознакомить учащихся, но и требовать их неукосни-
тельного выполнения.
464
§ 63, 3
L Взвешиваемое тело следует помещать на левую чашку
весов; разновески накладывать на правую.
II. Разновески следует осторожно класть на чашку, а не
бросать их.
III. Разновески, равные и большие 100 г, берут в руку че-
рез бумажку; меньшие переносят при помощи пинцета. Брать
разновески непосредственно рукой недопустимо.
IV. Разновески кладутся на весы в том порядке, в кото-
ром они находятся в ящике. Поместив тело на весы, берут
разновеску, заведомо большую по весу, и убеждаются, что она
перетягивает тело. Эту разновеску убирают в ящик и берут
следующую по порядку. Если последняя разновеска перетя-
гивает — её снимают; если же она имеет недостаточный вес,
её оставляют на чашке и прибавляют к ней следующую по
порядку. Как и в предыдущем случае, эта разновеска при пе-
ревешивании убирается, при недостаточности веса оставляет-
ся. Подобные манипуляции должны быть произведены со всеми
разновесками в порядке расположения их в ящике (порядок
по убыванию веса) без пропусков. В противном случае может
оказаться, что разновесок для взвешивания нехватит, и всё
взвешивание придётся производить вновь. Класть разновески
можно только на одну (правую) чашку, а не на обе чашки
весов; помещение их на ту чашку, на которой лежит взвеши-
ваемое тело, недопустимо.
Пример. Пусть взвешивается некоторое тело.
Много Мало
Кладём гирю в 200 г 200 г
Снимаем 200 г, кладём 100 г — 100 г
Оставляем 100 г, кладём 50 г —- 150 г
Оставляем 50 г, кладём 20 г —- 170 г
Оставляем 20 г, кладём 20 г —- 190 г
Оставляем 20 г, кладём 10 г 200 г —
Снимаем 10 г, кладём 5 г 195 г —
Снимаем 5 г, кладём 2 г — 192 г
Оставляем 2 г, кладём 2 г 194 г —
Если бы мы во второй раз не положили 20 г и, пропустив эту разно-
веску, клали бы следующую за ней 10 г, то разновесок для взвешивания не-
хватило бы. Подобные пропуски — весьма частое явление у учащихся, на
что надо обратить самое серьёзное внимание.
§ 63, 4
Много Мало
Снимаем 2 г, кладём 1 г Оставляем 1 г, кладём 500 мг Оставляем 500 мг, кладём 200 мг 193,7 г 193 г 193,5 г 193,7 г
Вес тела равен 193,7 г Весы уравновешиваются
V. Нет никакой надобности ждать окончания колебаний
стрелки весов. Если углы отклонения стрелки от нулевого
положения при качаниях вправо и влево одинаковы, то рав-
новесие можно считать достигнутым.
VI. При подсчёте общего веса разновесок снимают их одну
за другой в порядке уменьшающегося веса и кладут в ящик
в соответствующие гнёзда. При этом записывают отдельно
в виде суммы веса снятых разновесок.
Примером такой записи может служить следующая:
Граммы: 200 +100 +50+20+20+2+1=393 г
Миллиграммы: 500+200=700 мг
Вес тела 393 г + 700 лг = 393 г 700 мг = 393,7 г.
4. Лабораторная работа I: Определение удельного веса твёр-
дого тела.
Приборы и материалы:!) Аптекарские весы. 2) Весы Беранже.
3) Разновес. 4) Подвес для весов или штатив (рис. 95). 5) Мензурка. 6) Мас-
штабная линейка. 7) Металлический цилиндр.
1) Взвесить тело на весах Беранже и на аптекарских, соблю-
дая правила взвешивания.
2) Измерить объём тела мензуркой, а также вычислить его на
основании результатов линейных измерений (диаметр, высота).
3) Вычислить удельный вес для двух случаев на основании:
двух —наиболее грубых результатов взвешивания и измерения
объёма и двух —наиболее точных.
4) Сравнив полученный результат с «табличными» данными1),
определить размеры абсолютной и относительной ошибок.
х) Что надо понимать под словами «табличные» данные — см. § 59, 1.
30 ЕН. Горячкин
466
§ 63, 5—6
5. Лабораторная работа II: Определение удельного веса
жидкого тела гидростатическим взвешиванием.
Приборы и материалы:!) Аптекарские весы. 2) Лаборатор-
ный штатив. 3) Разновес. 4) Металлическое тело. 5) Стакан с денатурирован-
ным спиртом или раствором соли. 6) Стакан с водой.
1) На трёх нитках подвесить тело снизу к чашке весов и
определить его вес (рис. 475).
2) Произвести взвешивания,
погрузив подвешенное тело сна-
чала в воду и затем в жид-
кость.
3) Вычислить объём тела и
вес жидкости в его объёме.
4) Вычислить удельный вес
и, сравнив с «табличными» дан-
ными, определить размер аб-
солютной и относительной
ошибок.
6. Вопросы к отчёту сту-
дента:
1) Сформулировать целевые уста-
новки лабораторных работ для
6 класса: «взвешивание» и «опреде-
ление удельного веса твёрдого тела».
2) Определить точное содер-
жание лабораторных работ и напи-
сать инструкции к ним для учени-
ков. Выработать форму записей.
3) Вычислить величины наиболь-
шей относительной ошибки при из-
мерении веса тяжёлого и легкого
тела.
4) Сравнить величины наиболь-
Рис. 475. Измерение удельного веса шей относительной ошибки при
гидростатическим взвешиванием. определении удельного веса, если
объём брусочка (15 мм X 50 мм) в
одном случае определяется через линейные измерения и в другом — при
помощи мензурки. Какой способ точнее?
5) Вычислить величину наибольшей относительной ошибки при измере-
нии удельного веса гидростатическим взвешиванием. Сравнить эту величину
с относительной ошибкой при определении удельного веса, когда объём нахо-
дится мензуркой. Какой способ точнее?
6) До какого десятичного знака следует производить вычисления в ука-
занных работах по определению удельного веса?
7) С какой степенью точности в этих работах можно производить взве-
шивания?
8) Какого объёма — большого или малого — следует брать тела в работах
по определению удельного веса?
§ 64, 1—2
467
Глава тринадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО МЕХАНИКЕ.
§ 64. Лабораторные работы: Рычаг. Измерение динамометром.
Методические указания — см. т. I, §§ 60, 81 и 84.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 29, 34 и 35.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 33, 37 и 38.
1. Методические замечания. Лабораторные работы по механике
в семилетней школе в основном сводятся к изучению р ы-
чага и измерению сил с помощью динамометра. Со-
поставление результатов измерений сил в различных случаях
Рис. 476. Рычаг но Бакушинскому.
позврляет варьировать задачи. Из этих задач наиболее существен-
ными являются: изучение трения и определения к. п. д. при подъ-
ёме груза 1) по наклонной плоскости и 2) посредством неподвиж-
ного блока.
При изучении рычага приходится ограничиваться случаем
первого рода: установка для рычага второго рода оказывается
для учащихся 6 класса технически слишком сложной.
2. Приборы. Для лабораторной работы по изучению рычага
лучше всего применять рычаги, сконструированные В. Н. Б а-
кушинским и имеющиеся в продаже (рис. 476). Для пре-
подавателя, владеющего некоторыми ремесленными навыками,
изготовление рычагов своими силами не представит затруднений.
Материалом для изготовления служит обычно школьная мас-
штабная линейка, от которой следует отрезать край с делениями
(шириной в 10—15 мм и длиной в 25—30 см). Наиболее сложным
30*
468
$ 64, 2
Рис. 477. Свинцовые грузы
для рычагов.
является устройство клинышка В для укрепления линейки. Чтобы
не делать вырезу, клинышек можно склеить из трёх кусочков
фанеры. Подвес А делается из проволоки или жести, ось О — из
булавки или иголки.
Для подвешивания рычагов может
быть использована подставка для апте-
карских весов (рис. 95). Применение
разновесок в качестве грузов недопу-
стимо; для этой цели хороши свин-
цовые круглые грузики с крючками,
имеющиеся в продаже (рис. 477). При-
цепляют их к петлям, накинутым на
рычаг. Возможно также применение
металлических шариков С, подвеши-
ваемых, как показано на рисунке 476,
III.
Для проведения в школе перечи-
сленных работ нужно приобрести ди- •
намометры Бакушинского (§ 15, 7 и рис.
104). В продаже имеются также трибо-
метры Бакушинского, исключительно
простые по своему устройству и край-
не дешёвые (рис. 478). Они состоят из линейки С длиною в 40 —
—50 см и трёх платформочек (плашек): двух А одинаковых по
величине и третьей В — в два раза большей.
Изготовление трибометров своими силами из школьных мас-
штабных линеек не представляет труда; более сложным являет-
ся наклейка бортиков у плашек и устройство крючков из булавок.
С
Рис. 478. Трибометр по Б а к у ш и н с к о м у. Каток.
Применение для лабораторных работ школьных динамомет-
ров типа, представленного на рисунке 103, нерационально, так
как потребует наборов крупных гирь в 1—5 кг и устройства гро-
моздкого трибометра из доски длиной в 1—1,5 м.
Для изучения вопроса о равновесии тела на наклонной пло-
скости имеются в продаже катки I), которые нетрудно сделать учи-
телю из скалки цилиндрической формы, разрезав её на куски и
снабдив каркасами из проволоки (рис. 478).
§ 64, 3—5
469
3. Правила измерения динамометром.
I. Перед применением динамометра надлежит проверить:
1) не задевает ли указатель при растяжении пружины за
шкалу и 2) устанавливается ли указатель в ненагружённом
динамометре на нулевое деление. Если такие неполадки су-
ществуют, их.надо устранить, соответственно подогнув ука-
затель.
II. Если остриё указателя помещается сравнительно далеко
от шкалы, при отсчётах следует располагать глаз, во избе-
жание ошибок на-параллакс, на линии, проходящей через
указатель и перпендикулярной к шкале.
III. При измерении силы тяги надо добиться, чтобы пере-
мещаемое тело двигалось равномерно, без толчков или дёрга-
ний. Такие колебания или дёргания неизбежны лишь при
трогании с места. Отсчёт цо динамометру производят во время
равномерного движения, когда указатель, установившись
против одного из делений, более не смещается с него.
4. Лабораторная работа I: Условия равновесия рычага.
Приборы иматериалы: 1) Рычаг по Бакушинскому (рис. 476).
2) Подвес (рис. 95) или лабораторный штатив (рис. ,50). 3) Грузы (рис. 477).
4) Тонкая проволока (d =0,1—0,3 мм). 5) Нитка.
1) Сделать четыре петли для подвешивания грузов, две —из
катушечной нитки и две — из тонкой проволоки, и выяснить,
какими из них легче подвешивать грузы на определённых деле-
ниях. Взять равные грузы и, установив их на одинаковых рас-
стояниях от точки опоры, убедиться в равновесии рычага
(рис. 479).
2) Получить равновесие для грузов с отношением по весу
1:2; 1:3; 2:3 и, произведя отсчёты длин соответствующих
плеч, проверить, насколько полученные результаты' соответ-
ствуют закону моментов сил, или обратной пропорциональности
между грузами и плечами.
5. Лабораторная работа II: Градуировка динамометра.
Приборы и материалы: 1) Динамометр Бакушинского.
2) Миллиметровая бумага. 3) Кнопки. 4) Квадрат или кружок из картона.
5) Нитки. 6) Разновес. 7) Лабораторный штатив. 8) Циркуль.
1) На шкалу динамометра Бакушинского укрепить полоску бу-
маги (лучше миллиметровой). К крючку динамометра подвесить
на нитках чашку, сделанную из кусочка картона квадратной или
470
§ Ы 6
круглой формы. Динамометр поместить на лабораторном штативе,
как показано на рисунке 480.
2) Отметить остро очинённым • карандашом нулевое деление.
Нагрузить на чашку сначала 10 Г > потом 20 Г и т. д., увеличивая
каждый раз вес на 10 Г, и сделать отметки для соответствующих
Рис. 480. Установ-
ка для градуиров-
ки динамометра.
Рис. 479. Установка для изучения
закона рычага.
положений указателя. Проверить по клеткам на бумаге или посред-
ством циркуля равенства полученных делений, соответствую-
щих 10 Г. Разделить каждое из этих делений на десять равных час-
тей. Проставить цифровые значения.
3) Накладывая различное количество разновесок (например,
13 Г, 28 Г, 31 Г, 45 Г и т. д.), проверить соответствие показаний
динамометра взятым весам грузов.
6. Лабораторная работа III: Изучение законов трения.
Приборы и материалы:!) Трибометр Бакушинского. 2) Дина-
мометр. 3) Гири, чугунные или керамические, в 50 Г, 50 Г, 100 Г, 200 Г.
1) Поставить на плашку какой-либо груз, например, в 100 Г,
и путём упражнений добиться выполнения правила III (см. вы-
ше) (рис. 481).
2) Измерить силу тяги при различных нагрузках на плашку
(50 Г, 100 Г, 200 Г) и проверить, насколько полученные резуль-
£ 64, 7
471
таты позволяют заключить о прямой пропорциональности меж-
ду силой трения и нагрузкой.
3) Вычислить коэфициент трения для всех трёх случаев и най-
ти среднее арифметическое его значение.
4) Измерить силу тяги для одинаковой нагрузки (100 Г), взяв
сначала большую плашку, затем меньшую и, наконец, сцепив
«гуськом» обе плашки и поставив на каждую грузы по 50 Г
Рис. 481. Установка для изучения законов трения.
(т. е. 100 Г на две плашки). Выяснить, насколько полученные
результаты позволят заключить о независимости силы трения от
величины трущейся поверхности.
5) Нагрузить плашку грузом в 50 У7 или в 100 Г и, придавая
ей равномерное движение с различными скоростями, выяснить из
показаний динамометра, можно ли на основании их сделать за-
ключение о независимости силы трения от скорости движения.
7. Лабораторная работа IV: Определение к. п. д. при подъёме
груза по наклонной плоскости и посредством блока.
Приборы и материалы: 1) Динамометр. 2) Толстая линейка
или доска (I— 80—100 см х). 3) Масштабная школьная линейка (I = 40—50 см).
4) Лабораторный штатив. 5) Блок на струбцинке (рис. 242). 6) Гири в 50 Г
и в 100 Г.
А. Определение к. п. д. при подъёме груза
по наклонной плоскости.
1) При помощи лабораторного штатива установить толстую
линейку или доску, служащую наклонной плоскостью, примерно,
под углом 45° к горизонту. Масштабную линейку поставить вер-
тикально, как показано на* рисунке 482, и притом для упроще-
ния вычислений так, чтобы либо длина наклонной плоскости,
либо её высота выражались круглым числом сантиметров.
1) Наиболее подходящими будут школьный демонстрационный метр
или, что много дешевле, канцелярская линейка.
472
§ 04, 7
Рис. 482. Установка для определения к. п. д. при подъёме груза
по наклонной плоскости.
Рис. 483. Установка для определе-
ния к. п. д. при подъёме груза
посредством блока.
2) Измерить длину (како-
го участка?!) наклонной пло-
скости и высоту.
3) Поставить на плашку
сначала гирю в 50 Г, затем
в 100 Г и динамометром из-
мерить силы тяги при равно-
мерном движении плашки.
4) Вычислить для обоих
случаев (50 Г и 100 Г) рабо-
ты подъёма груза на данную
высоту—во-первых, по вер-
тикали и, во-вторых, по на-
клонной плоскости. Найти
к. п. д. для рассматриваемых
случаев.
5) Повторить опыт, укре-
пив плоскость под углом 60°
к горизонту, но оставив вы-
соту подъёма и величину
грузов прежними. Найти
к. п. д. для этого случая.
Б. Определение к. п.
д. при подъёме груза
посредством блока.
§ 64, 8; § 65, 1—2 т
1) Собрать установку, изображённую на рисунке 483, укре-
пив блок на лабораторном штативе или, лучше всего, на раме.
2) Определить силу тяги при подъёме груза (100 Г) посредством
блока.
3) Вычислить к. п. д. при подъёме груза посредством блока.
4) Повторить опыт и вычисления, сильно увеличив трение в
оси блока, что легко осуществить посредством завёртывания вин-
та А в конусообразном подшипнике блока на струбцинке.
8. Вопросы к отчёту студента:
1) Сформулировать целевую установку лабораторных работ по механике
в 6 классе.
2) Определить точное содержание лабораторных работ и составить
инструкцию для учащихся, выработав форму записей.
3) Каким десятичным знаком следует ограничить вычисления учащихся
при отыскании величины отношения длин плеч на рычаге?
4) Вычислить величину наибольшей относительной ошибки при изме-
рении коэфициента трения. Каким десятичным знаком следует ограничить
вычисления?
5) Каким образом осуществить сравнение силы трения по скольжению
плашки по дереву, стеклу и железу?
6) Зависит ли к. п. д. при подъёме груза по наклонной плоскости от
выигрыша в силе?
Глава четырнадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕПЛОТЕ.
§ 65. Лабораторные работы: Графики температур.
Методические указания — см. т. I, §§ 70 и 71.
Изготовление приборов — см. т. III, § 36.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 28 и 49, 1.
1. Методические замечания. Лабораторные работы по тепло-
те могут быть по технике выполнения разбиты на две группы.
К одной группе принадлежат единообразные работы калориметри-
ческого характера (§ 66). К другой группе относятся работы, в
которых учащиеся следят за изменением температуры воды и в
некоторых случаях наблюдают постоянство температуры (при
переходе тела из одного агрегатного состояния в другое).
При этом строится график температуры. В семилетней школе
возможно проведение двух работ: 1) наблюдение за изменением
температуры воды, нагреваемой до кипения, и 2) наблюдение над
нагреванием и плавлением твёрдого тела. Вторая работа по сво-
ей технике значительно более трудна для выполнения, и поэтому
её возможно вынести во внеклассные занятия для наиболее ин-
тересующихся учащихся.
2. Приборы. Приборы, потребные как для той, так и другой
работы, крайне несложны. Нужны прежде всего лабораторные
штативы (рис. 50), сетки (рис. 49), спиртовки (рис. 129) и хими-
§ 05, 3
ческие стаканы ёмкостью в 200 см3. Следует применять обычные
термометры лабораторного типа со шкалами из молочного стекла
в пределах от 0° до 100°х> (рис. 106). Для работы по нагреванию и
плавлению твёрдого тела следует применять нафталин, плавя-
щийся, примерно, при 79°. Плавят его в пробирке более короткой,
чем обычная, но более широкой. Такие пробирки имеются в про-
даже и стоят недорого. Пробирку нагревают в парах кипящей воды
или помещают в другую, более широкую, которая опущена в
нагреваемую воду. Прослойка воздуха (в 1—2 мм) между пробир-
ками несколько замедляет теплопередачу от воды к нафталину,
почему прогрев последнего совершается более равномерно, чем
при непосредственном прогреве в одной пробирке (рис. 484). Для
отсчётов времени рекомендуется по часам подавать сигналы элект-
рическим звонком, что делается преподавателем или одним из
учащихся.
3. Правила измерения температуры термометром. Учащиеся
должны соблюдать при работе с термометром следующие правила:
1. Нельзя погружать холодный термометр в кипящую
воду, так как он может лопнуть; следует сначала подержать
его шарик в парах над кипящей водой и, когда он несколько
прогреется, погрузить в воду.
II. Отсчёт по термометру следует производить не тотчас,
а по истечении некоторого времени после погружения тер-
мометра в жидкость.
III. Нагреваемую жидкость, в особенности при калори-
метрических измерениях, необходимо перемешивать, так как
без этого она может иметь в своих различных слоях разную
температуру. Для перемешивания служат мешалки, но для
этого же можно пользоваться термометром (осторожно!).
IV. Само собой разумеется, что при измерении темпера-
туры жидкости отнюдь нельзя в целях удобства отсчёта выни-
мать из неё термометр2).
V. При отсчётах по термометру во избежание ошибки
на-параллакс глаз располагают на линии, перпендику-
лярной к поверхности шкалы и проходящей через вершину
столбика ртути 3>.
г) В этих термометрах шкала имеет обычно деления на несколько гра-
дусов ниже 0° и выше 100°.
2) Это нередко делают учащиеся.
3) Правило имеет принципиальное значение.
4. Лабораторная работа I: Наблюдение за температурой воды,
нагреваемой до кипения.
Приборы и материалы:!) Лабораторный штатив. 2) Хими-
ческий стакан. 3) Сетка. 4) Спиртовка. 5) Термометр. 6) Часы. 7) Клетчатая
бумага.
1) Собрать установку, показанную на рисунке 278, применяя
лабораторный штатив, а не таган.
2) После зажигания спиртовки через каждые полминуты или
минуту (смотря по интенсивности горения и быстроте нагрева-
ния воды) делать отсчёты по термометру. Отсчёты прекратить че-
рез 2—3 минуты после начала кипения.
3) На основании полученных результатов построить график,
показывающий изменение температуры воды, нагреваемой до
кипения (см. т. 1, рис. 41).
5. Лабораторная работа: Наблюдение за температурой нагре-
ваемого твёрдого тела до и во время плавления.
Приборы и материалы:!) Лабораторный штатив. 2) Химиче-
ский стакан. 3) Сетка. 4) Спиртовка. 5) Пробирка. 6) Термометр. 7) Нафта-
лин. 8) Часы. 9) Клетчатая бумага.
1) Собрать установку, показанную на рисунке 484. Гораздо удоб-
нее пробирку, набитую почти доверху нафталином, поместить над
поверхностью воды в стакане, заполненном примерно до половины.
2) Зажечь спиртовку.
Следить за началом пла-
вления, прибегая к по-
мощи мешалки А (рис.484,
II). Начать отсчёты тем-
пературы нафталина, ког-
да после кипения воды
его температура достиг-
нет 60—70°. При этом всё
время следить за состоя-
нием ’ нафталина, чтобы
отметить начало плавле-
ния. Отсчёты прекратить,
когда температура нафта-
лина станет равной 84 —
—85°.
3) Вынуть пробирку
из стакана и предоста-
вить ему возможность ос-
тывать, делая при этом
отсчёты по термометру
через V2 минуты, и заме-
Рис. 484. Установка для наблюдения за
температурой нагреваемого нафталина.
476
§ 65, 6; § 66, 1
тить начало и конец отвердевания. Отсчёты прекратить, когда
температура нафталина упадёт, примерно’ до 75°.
4) Построить графики изменения температуры, соответствую-
щие процессам нагревания и остывания.
5) Выяснить, одинаковую ли величину имеют температуры
плавления и отвердевания.
6. Вопросы к отчёту студента:
1) Сформулировать целевую установку лабораторной работы для уча-
щихся 7 класса.
2) Определить точное содержание лабораторной работы и составить ин-
струкцию для учащихся, выработав форму записей.
3) По принятой форме записать результаты произведённых работ, прит
ложить графики.
4) Какое побочное 'явление качественного порядка наблюдается при
нагревании воды до кипения? Как это явление следует использовать?
5) Какой признак начала кипения? Где происходит образование пузы-
рей пара? Какие изменения в объёме и почему претерпевает пузырь, подни-
мающийся на поверхность?
6) Чем объясняется, что точка кипения у различных звеньев учащихся
окажется неодинаковой и, следовательно, не равной 100э?
7) Какие признаки следует указать учащимся для суждения о начале
и конце плавления, а также о начале и конце затвердевания?
8) Почему нужно осуществлять сравнительно медленное нагревание
нафталина, а не быстрое, погрузив, например, пробирку в кипящую
воду?
9) Почему некоторые методисты рекомендуют отмечать температуры
нафталина при его отвердевании, а не при его плавлении?
10) Как вынуть термометр из застывшего нафталина?
§ 66. Лабораторные работы: Калориметрия.
Методические указания — см. т. I, §§ 73—75,
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 38 -39.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 52—54.
1. Методические замечания. Вторая группа лабораторных ра-
бот по теплоте состоит из работ, единообразных по технике свое-
го осуществления — из калориметрических изме-
рен и й. Количество таких лабораторных работ весьма велико.
К числу важнейших могут быть отнесены:
1) определение к. п. д. нагревателя;
2) смешение холодной и горячей воды (задача Рихмана);
3) определение температуры тела;
4) определение теплоёмкости твёрдого тела;
5) определение теплоёмкости жидкости;
6) определение теплоты плавления;
7) определение теплоты парообразования. Измерения во всех
этих работах сводятся к нахождению: величин масс (весов) с по-
f 66, 2
Рис. 485. Калориметр из
стакана с теплоизолирую-
щей бумажной оболочкой.
е. сэкономит ухо-
мощью весов и к измерению температур до и после нагревания
или охлаждения. Нет никакой возможности провести все эти лабо-
раторные работы не только при классных, но даже и при вне-
классных занятиях. Для постановки в классе можно ограничиться
работами 1, 4 и 5. Работу 7, наиболее сложную по технике своего
осуществления, следует отнести на кружковые занятия.
2. Приборы. Основным прибором для данной группы работ
является калориметр. Практика показала, что нет надоб-
ности в применении калориметров, состоящих из двух сосудов.
Вполне возможно в качестве кало-
риметров применять тонкостенные чай-
ные или химические стаканы. Для
уменьшения потери теплоты стакан
нужно обвернуть снаружи полосой
толстой бумаги, например, обложкой
от тетрадки, так, чтобы она окружила
стакан полутора-двумя оборотами. Бу-
магу не следует плотно обвёртывать
вокруг стакана; наоборот, важно, чтобы
между ней и стенками оставался зазор
в 1—1,5 мм толщиной, который и со-
здаст достаточно хорошую теплоизоля-
цию (рис. 485). Поэтому не рекомен-
дуется обвязывание бумаги бечёвкой.
Поданным Бакушинского тепло-
изоляция бумагой «замедлит потерю
тепла приблизительно в Р/2 раза, т.
дящей в окружающее пространство теплоты». Результаты, по-
лучаемые со стаканом, будут не хуже, а иногда и лучше,
чехМ при употреблении специальных калориметрических сосу-
дов. В особенности плохие результаты получаются при поль-
зовании калориметрами из жести, выкрашенными краской. Таким
образом, калориметры из двух сосудов, имеющиеся в про-
даже для школьных лабораторных работ, являются непригод-
ными. Для работы на определение к. п. д. нагревателя следует
из жести (консервная банка) заготовить цилиндр без дна и
крышки, равный по высоте химическому стакану, но имеющий
больший диаметр на 1—2 см. Такой цилиндр служит для умень-
шения потерь теплоты. Для калориметрических работ сле-
дует применять обычные термометры лабораторного типа, опи-
санные в § 15, 8. В употреблении термометров с делениями
до десятых долей градуса при несовершенном калориметре нет
никакой надобности. Для определения удельной теплоёмкости
твёрдых тел в продаже имеются цилиндры, сделанные из раз-
личных металлов (рис. 474). Из остальных приборов для про-
ведения лабораторных работ нужны: кастрюлька для на-
гревания воды, примус (рис. 128), сетки, таганы (рис. 49) и пр.
478
$ 66, 3
Рис. 486. Паросушители фабричного изго-
товления (I и II) и самодельный (III).
При работе на опре-
деление теплоты паро-
образования, кроме колб,
служащих для получе-
ния пара, нужны паро-
сушители, например, об-
разца, показанного на
рисунке 486, I и II, ко-
торые имеются в прода-
же; вполне возможно из-
готовление их своими си-
лами (рис. 486, III).
3. Указания о работе
с калориметром. При по-
становке работ по кало-
риметрии надо выпол-
нять следующие пра-
вила:
I. Воды в калориметр следует наливать, примерно, на
2/3, т. е. около 150 г в стакан вместимостью в 200 см2.
II. Тело, теплоёмкость которого измеряется, берут до-
статочно большой величины, весом в 100—120 г. При этом
предпочтительнее применять вещества с большей удельной
теплоёмкостью.
III. Чем меньше воды налито в калориметр, тем выше
поднимается температура «смеси». Однако, с возрастанием
температуры увеличиваются потери теплоты калориметром.
Наблюдения показали, что эти потери весьма неблагоприят-
но сказываются на результате, если температура поднимется
на 12—15° С выше комнатной. Обычно рекомендуют подби-
рать тело с такой теплоёмкостью, чтобы увеличение темпера-
туры в калориметре получалось самое большое на 9—10°.
IV. Тела, как в целях экономии горючего, так и для боль-
ших удобств1), следует нагревать для всех звеньев в одной
кастрюльке с ручкой. К телам привязываются нитки, и ка-
ждая нитка отмечается ярлычком с номером.
1) Учащимся нет надобности вести нагревание самостоятельно, что упро-
щает их работу.
§ 66, 4—5
479
V. Перенесение тела из нагревателя в калориметр должно
осуществляться достаточно быстро —для уменьшения по-
терь теплоты при переноске. Обычно преподаватель подно-
сит кастрюлю к столам учащихся.
VI. Перемешивание воды в калориметре после погруже-
ния в него тела обязательно. Для этого можно пользоваться
стеклянной или тонкой деревянной палочкой. Возможно
также помешивание вести термометром, но это применимо
при хорошо дисциплинированных и аккуратных учащихся.
VII. За температуру «смеси» принимают ту наибольшую
температуру, которая получается после погружения нагре-
того тела.
4. Лабораторная работа I: Определение к. п. д. нагревателя.
Приборы и материалы: 1) Лабораторный штатив или та-
ган. 2) Сетка. 3) Спиртовка. 4) Химический стакан с водой. 5) Весы Беранже
или аптекарские. 6) Разновес. 7) Термометр. 8) Цилиндр из жести. 9) Кар-
тон. ‘
1) Взвесить спиртовку до опыта и воду в стакане.
2) Поместить стакан на сетку, укреплённую на штативе или
помещённую на таган (рис. 49).
3) Измерить начальную температуру воды.
4) Зажечь спиртовку и довести воду до кипения. Как толь-
ко вода закипит, спиртовку погасить и вновь взвесить, чтобы
узнать количество сгоревшего спирта.
5) Вычислить количество теплоты, выделенной спиртом при его
сгорании.
6) Вычислить количество теплоты, приобретённой водой.
7) Вычислить к. п. д. нагревателя.
8) Повторить опыт, поместив стакан внутрь жестяного цилинд-
ра и закрыв его сверху листочком картона.
9) Выяснить, как изменился к. п. д. при таком примитивном
теплоизоляторе.
5. Лабораторная работа П: Определение удельной теплоёмко-
сти твёрдого тела.
Приборы и материалы: 1) Чайный или химический стакан
(калориметр). 2) Термометр. 3) Мензурка. 4) Набор тел из различных метал-
лов (рис. 474). 5) Кастрюля. 6) Спиртовка или примус. 7) Бумага для тепло-
изоляции калориметра. 8) Весы. 9) Разновес.
480
§ 66, 6—8
1) Обвернуть стакан теплоизолирующей бумагой (рис. 485) и
налить в него воду, отмерив её количество мензуркой.
2) Взвесить на весах тело.
3) Измерить начальную температуру воды в калориметре.
4) Нагреть в кастрюле с водой тело, теплоёмкость которого
измеряется, примерно, до 90—95° и, быстро перенеся его, опустить
в воду калориметра (рис. 487).
Рис. 487. Установка для определения удельной теплоёмкости.
5) Осторожно помешивая палочкой воду в калориметре, от-
метить наибольшую температуру «смеси».
6) Вычислить количество теплоты, приобретённой водой, и
отсюда, зная массу тела, найти теплоёмкость данного вещества.
7) Сравнить полученный результат с «табличными» данными
и вычислить величину относительной ошибки.
6 и 7. Лабораторные работы: Определение теплоты плавления
и теплоты парообразования.
По описанию, данному в книге: Знаменский, «Лабора-
торные занятия по физике», часть II, §§ 167 и 176, проделать
лабораторные работы.
8. Вопросы к отчету студента:
1) Сформулировать целевую установку лабораторной работы для уча-
щихся 7 класса.
2) Наметить конкретное содержание лабораторной работы и составить
инструкцию для учащихся, выработав форму записи.
5 <&, 1
481
3) Запись результатов измерения произвести по выработанной форме.
4) Как выразится относительная ошибка, если учесть, что потери теп-
лоты калориметром достигают 5Э4>?
5) Какой значащей цифрой следует ограничивать вычисление удельной
теплоёмкости и теплоты плавления?
6) Какие меры могут быть предприняты для получения нагревателя с
возможно большим к. п. д. (форма сосуда, вместимость, интенсивность пла-
мени)?
7) Какие виды сосудов должны быть розданы отдельным звеньям уча-
щихся и какие даны указания, чтобы на основании сравнения полученных
результатов можно было вывести заключение о необходимых мерах для по-
вышения к. п. д.?
8) Нужно ли считать работу несостоявшейся и вычисления невозмож-
ными, если учащийся перенесёт в калориметр из кастрюльки тело, «принад-
лежащее» другому звену?
9) Почему количество воды, наливаемой в калориметр, рекомендуется
в работе «Удельная теплоёмкость» отмерить мензуркой, а не определять по-
средством весов? В работе же «Определение теплоты плавления льда», на-
оборот, дано указание о взвешивании воды. Почему это так?
10) Обязательно ли применение в приведённых работах аптекарских ве-
сов? Можно ли их заменить весами Беранже? С какой степенью точности мож-
но производить взвешивание?
Глава пятнадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ.
§ 67. Лабораторные работы: Электрическая цепь.
Методические указания — см. т. I, § 94.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 15 и 42.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 58 и 59.
1. Методические замечания. Несмотря на свой качественный
характер лабораторная работа «Электрическая цепь» имеет ис-
ключительно важное значение, практически знакомя учащихся с
составлением электрических цепей. Начав с простейшего вида
включений выключателя и лампочки или звонка, работу затем ус-
ложняют, предложив включить два приёмника последовательно,
а затем —параллельно. В заключение в последнем случае про-
изводится введение в цепь выключателя так, чтобы он управлял
сначала обеими лампочками, а затем —только одной из них. Ука-
занная работа служит для ознакомления с принципиальной сто-
роной составления электрической цепи. Не менее важное значе-
ние имеют последующие лабораторные работы, ставящие своей
целью практическое ознакомление с простейшими схемами, при-
меняемыми в установках электрического освещения, а также —
изучение устройства различной монтажной аппаратуры (патро-
нов, выключателей, предохранителей, штепсельных розеток, ви-
лок и т. п.). Однако, для проведения всех этих работ нет времени
в продолжение классных занятий, и поэтому часть их следует про-
водить в кружковом порядке. Эти работы в кружке, в соедине-
нии с изучением простейших ремесленных навыков по электро-
31 Е. Н. Горячкин
482
§ 6?, 2
монтажу, дадут учащимся практические знания, необходимые
при пользовании электрическим освещением как в условиях ла-
боратории, так и в быту. Крайне важно учащихся ознакомить с
правилами составления электрических цепей и обращения с ис-
точниками тока, а также — с явлением короткого замыкания и
его последствиями. Кроме того, необходимо поставить учащихся
в известность, что электрический ток освещения на 120 V, а тем
Рис. 488. Панели для лампочки от карманного фонарика — фабричного
изготовления (I) и самодельная (II).
Рис. 489. Ключ.
более на 220 V: 1) представляет собой реальную опасность для че-
ловеческой жизни и 2) при неправильном состоянии электропро-
водки может вызвать пожар. Задача преподавателя оказалась
бы недовыполненной, если бы он при работах с электрическим то-
ком не добился от учащихся неуклонного выполнения требо-
ваний техники безопасности
и лабораторной культуры
(см. §§ 4 и 5).
2. Приборы. Для лабора-
торной работы «Составление
простейших электрических
цепей» нужны две панели
для лампочек от карманного
фонарика, электрический
звонок и ключ. Так как па-
нелей для лампочек в продаже нет, то их приходится изготовлять
своими силами. Для этого на квадратной дощечке (10 сжХЮ см)
монтируют патрон для лампочки, имеющийся в продаже или
самодельный (рис. 488).
Электрический звонок также необходимо смонтировать на уг-
ловой панели, подведя провода от него к клеммам (рис. 55). Про-
стейший выключатель —ключ —имеется в продаже (рис. 489);
впрочем, его нетрудно изготовить самостоятельно. На всех пане-
лях наличие клемм обязательно, так как это сильно сократит
время сборки цепей и, кроме того, обеспечит надёжность контак-
тов. Для изучения основных схем электрического освещения, а
также ознакомления с устройством различной арматуры раз-
§ 67, 2
483
нообразные детали должны быть смонтированы на отдельных па-
нельках и подводящие ток провода подведены к клеммам (рис. 490
и 491). Такой монтаж позволит не только быстро собрать ту или
иную схему и обеспечить при соединениях надёжные контакты,
но также гарантирует от коротких замыканий. Если же пользо-
ваться деталями без их предварительного монтажа на панелях,
то зарядка их займёт столько времени, что на практическое изуче-
I II
Рис. 490. Монтаж установочных деталей на панелях. I — выключатель;
II —переключатель.
ние схем придётся потратить несколько часов. Все соединения па-
нелей между собой совершенно необходимо производить провода-
ми от шнура электрического освещения с вилочками на концах
(рис. 289, I и § 41, 3). Соединения учебных Схем посредством
проводов с бумажной изоляцией недопустимо, как во избежание
коротких замыканий, так и из-за опасности поражения током.
Для изучения схем электрического освещения монтируют следую-
щие детали:
Количество Рисунок
Предохранители, пробочные 4 491, II
Потолочная розетка с подвесным патроном 1
Патрон, стенной 1
Патрон, иллюминационный 1 491, I
Выключатель 1 490, I
Переключатель, люстровый 1 490, II
Переключатели, коридорные 2 491, III
Розетка штепсельная 1
Вилка со шнуром (1—1,5 м) 1
31*
484
§ 67. 3
Более подробные сведения о монтаже деталей и применении их
можно найти в книге Горяч кина, «Проводка» и т. III, § 15.
Источником тока служит батарея из двух-трёх гальванических
элементов типа Лекланше: МВД или наливные «Геркулес»
(рис. 121—124) (§ 17, 5—7).
Возможно также применение
батареи аккумуляторов с на-
пряжением в 4 V (трёх щелоч-
ных или двух кислотных) (§17,
2 и 3). Для проверки электри-
ческих схем освещения прихо-
дится пользоваться током от
осветительной сети.
Рис. 491. Монтаж различных уста-
новочных деталей на панелях: I —
иллюминационный патрон, II — про-
бочный предохранитель; III —штеп-
сельная розетка.
3. Правила составления электрической цепи. Правила изло-
жены подробно в § 41, 2. Здесь же вновь приводятся те основные
правила, которые должны быть преподаны учащимся:
I. При сборке электрической цепи источник тока совер-
шенно необходимо включать последним, т. е. надо сначала
сделать соединения всех приборов между собою и только
после этого произвести присоединение к источнику.
§ 4
485
II. Присоединение источника тока к собранной схеме
может быть произведено только после проверки схемы со-
единении преподавателем и после полученного от него раз-
решения.
III. При разборке электрической цепи источник тока от-
соединяют обязательно самым первым и только после этого
разъединяют остальные приборы.
IV. Все соединения приборов надлежит делать хорошо
изолированными проводами, заделанными на концах вилоч-
ками (рис. 289, I).
V. Приборы располагают на столе так, чтобы не было
перекрещиваний соединительных проводов (рис. 492). Если
же нельзя избегнуть перекрещиваний, надо допустить их
наименьшее количество. •
VI. Ни в коем случае нельзя делать каких-либо пере-
ключений проводов под током. Надо выключить ток, отсо-
единив оба полюса источника тока, и только тогда произвести
переключение.
4. Лабораторная
работа: €о ста вл ени е
простейших электри-
ческих цепей.
Приборы и ма-
териалы: 1) Два-три
гальванических элемен-
та или аккумулятора.
2) Два патрона с лам-
почками от карманного
фонарика. 3) Электриче-
ский звонок. 4) Два клю-
ча (рис. 489). 5) Провода
для соединений.
Рис. 492. Правильное расположение приборов.
I. Простей-
шая электри-
ческая цепь.
Составить электрическую цепь из лампочки и ключа (рис. 493, I).
Затем заменить лампочку звонком. Убедиться в действии
лампочки и звонка; в случае надобности отрегулировать звонок
до получения звона без треска.
486
$ er, 5
II. Последовательное включение при-
ёмников. Составить цепь из ключа и двух лампочек, вклю-
чив их последовательно (рис. 493, II).
III. Параллельное включение приёмни-
ков. Составить цепь из двух лампочек (рис. 493, III) и ключа,
включив его сначала так, чтобы он в одном случае включал и
Рис. 493. Схемы простейших электри-
ческих цепей.
выключал обе лампы и в
другом — только одну из
них.
IV. Параллельное
включение выклю-
чателей. Составить
цепь из звонка и двух
ключей для осуществле-
ния вызова из двух мест
(рис. 493, IV).
5. Лабораторная рабо-
та: Электрические цепи
освещения.
Приборы и мате-
риалы: 1) Потолочная розет-
ка. 2) Патроны — стенной и ил-
люминационный. 3) Штепсель-
ная розетка. 4) Выключатель.
5) Шнур с вилкой. 6) Прово-
да для соединений.
I. Параллельное включение ламп.
1) Изучить устройство патронов—подвесного, стенного и
иллюминационного, а также потолочной розетки (Горячкин,
«Проводка»).
2) Собрать схему, включив параллельно между собой два пат-
рона с лампочками, и опробовать её под током.
3) Поставив в потолочную розетку предохранительную про-
волочку (можно медную, но не толще 0,15—0,2 мм), вызвать ко-
Рис. 494. Выполнение из деталей сложной схемы "электрического освещения.
£ 67, 6; § 68, 1
487
роткое замыкание в подвесном патроне и сжечь предохранитель,
предварительно сняв крышку с розетки.
II. Цепь с выключателем.
1) Ознакомиться с устройством установочного выключателя,
штепсельной розетки и вилки (см. Горячкин, «Проводка»),
2) Собрать цепь сначала из одной лампы А и выключателя В
(рис. 492), азатем усложнитьеё включением штепсельной розетки С
так, чтобы выключатель не действовал на последнюю (рис. 495, I).
Изготовить предохранитель из полоски станиоля (шириной
в 3—4 мм) и поставить его в штепсельную розетку. Штепсельную
розетку проверить, приключив к ней стенной патрон с лампочкой.
III. Включение предохранителей.
1) Ознакомиться по описанию (Горячкин, «Проводка»)
с устройством пробочного предохранителя и пробок, а также груп-
пового предохранительного щитка.
2) Собрать простейшую цепь из лампочки, выключателя и
двух предохранителей (рис. 495, II).
3) Собрать групповой щиток из двух предохранителей и двух
ламп (рис. 495, III).
IV. Цепи с переключателями.
1) Ознакомиться по описанию (Горячкин, «Проводка»)
с устройством люстрового и коридорного выключателей.
2) Собрать схему из трёх-четырёх лампочек и люстрового пе-
реключателя А (рис. 495, IV).
3) Собрать схему из одной лампочки и двух коридорных пере-
ключателей Л для управления лампочкой из двух мест (рис. 495, V).
4) Собрать сложную схему, состоящую из двух самостоятель-
ных группировок по образцу рисунка 494.
6. Вопросы к отчёту студента:
1) Сформулировать целевую установку лабораторной работы для уча-
щихся 7 класса.
2) Наметить конкретное содержание лабораторной работы и выработать
инструкцию для учащихся.
§ 68. Лабораторные работы: Электрические измерения.
Методические указания — см. т. I, §§ 95—99.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 43—45.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 61—63.
1. Методические замечания. Если некоторые навыки по из-
мерению длин, площадей и весов могут быть приобретены каждым
вне школы ещё в обычных бытовых условиях, то с электриче-
скими измерениями учащиеся знакомятся исключительно в школе
при лабораторных занятиях. Электрические измерения в лабора-
торных работах ограничиваются применением двух основных из-
мерительных приборов: вольтметра и амперметра (рис. 112). Од-
нако, с этими приборами можно провести сравнительно значитель-
Рис. 495. Схемы электрического освещения.
IV
£ 68, 2
489
ное количество работ: 1) постоянство силы тока во всех точках
неразветвлённой цепи; 2) зависимость сопротивления от веще-
ства, длины и сечения проводника; 3) закон Ома для участка це-
пи, 4) измерение сопротивления; 5) определение мощности приём-
ника тока; 6) определение теплового эквивалента тока (закон
Джоуля-Ленца); 7) проверка показаний амперметра по отложе-
нию меди (электрохимический эквивалент).
Все эти работы по методике и технике своего выполнения мо-
гут быть разделены на две основные группы.
К первой группе относятся работы 1,2 и 7, в которых производит-
ся определение силы тока. Ко второй группе принадлежат работы
3, 4 и 5, которые сводятся к совершенно единообразным измере-
ниям при помощи вольтметра и амперметра и различаются лишь
по своим операциям вычислительного характера. Шестая работа
на закон Джоуля-Ленца, если сопротивление нагревателя зада-
но, приводится к первой группе, т. е. к измерению силы тока, или
же ко второй группе, если производится измерение напряжения
и силы тока согласно формуле Q=0,24 UJt.
Наиболее сложными для постановки и проведения являются
работы пятая и шестая, в которых, кроме измерения электриче-
ских величин и времени, проводятся: в пятой —весовое определе-
ние количества выделившейся на аноде меди и в шестой—измере-
ния калориметрического характера.
Проведение этих двух работ при занятиях в классе нельзя
признать обязательным; вполне допустимо организовать их на
внеклассных занятиях по физике для наиболее интересующихся
учащихся. Следует иметь в виду, что для второй работы (изучение
сопротивления) от учащихся требуется большая осторожность,
чтобы при включении медного проводника не вызвать явле-
ния, близкого к короткому замыканию, что возможно также при
изучении зависимости сопротивления от длины провода. Поэто-
му эту лабораторную работу рационально не ставить и ограничить-
ся демонстрацией опыта, описанного в § 45, 9 (рис. 326).
2. Приборы. Основными являются измерительные приборы —
вольтметр и амперметр, выпускаемые Главучтехпромом под на-
званием школьных лабораторных (см. § 15, 11 и рис. 112). Работа
«Постоянство силы тока в цепи» нуждается, кроме амперметра,
в приборах, применяемых при составлении простейшей электри-
ческой цепи, т. е. в батарее элементов или аккумуляторов, в клю-
че и панельке с лампочкой от карманного фонарика. Эти же при-
боры с добавлением вольтметра можно применить для определе-
ния мощности и сопротивления.
Для работы на закон Ома полезен прибор, состоящий из че-
тырёх клемм на дощечке, между которыми натянуты провода с
сопротивлениями: первое —в 1 ом и второе и третье одинаковые,
по 2 ома. Тогда включения к различным клеммам позволят по-
лучить сопротивления в 1, 2, 3, 4 и 5 омов (рис. 496).
490
§ в#, 2
В работе по определению электрохимического эквивалента
можно воспользоваться крышкой и медными пластинами от при-
бора по электролизу Горячкина (см. § 44, 2 и рис. 310) или же
изготовить своими силами нрибор, рекомендуемый Бакушин-
ским (рис. 497).
Рис. 496. Прибор лабораторного типа для изучения
сопротивления проводников.
В качестве нагревателя в работе на закон Джоуля-Ленца, в
случае применения батареи аккумуляторов, можно воспользо-
ваться соответствующими деталями (крышка, держатели и спи-
рали) из прибора" по электролизу Горячкина. В качестве кало-
риметра в этом случае берут чайный стакан с теплоизоляцией из
Рис. 497. Прибор для определения Рис. 498. Прибор для определения
электрохимического эквивалента по теплового эквивалента по Б а к у-
Бакушинскому. шинскому.
обёрточной бумаги (§ 66, 2). При пользовании двумя элементами
Лекланше, в особенности типа МВД или «Геркулес», выгоднее
устроить спиральку из никелинового провода (d=0,3— 0,5 мм),
подвесив её к дощечке посредством двух толстых медных проволок.
При двух элементах следует взять спиральку с сопротивлением
около 1 ома с тем, чтобы приблизиться к осуществлению равен-
ства между сопротивлением внешней цепи и внутренним сопротив-
§ 68, 3
491
лением источника тока (рис.
498 и 499). В качестве калори-
метрического сосуда для этой
спиральки применяют малень-
кий тонкостенный стаканчик
для вина (лафитник, стопка).
Жидкостью в калориметре слу-
жит керосин, который имеет
меньшую удельную теплоём-
кость, нежели вода, и потому
обеспечивает более значитель-
ное повышение температуры при
одинаковом количестве выде-
ленной током теплоты по срав-
нению с водой. Для поддержа-
ния определённой силы тока в
работах 6 и 7 необходимо в
цепь вводить реостат с подвиж-
ным контактом и с сопротивле-
нием в 5 омов (§ 43, 5) (рис.
306).
3. Правила включения вольт-
метра и амперметра. Кроме
неукоснительного выполнения
правил, изложенных в работе
пей» (§ 67, 3), учащиеся должны
Рис. 499. Прибор для определе-
ния теплового эквивалента из
набора по электролизу.
«Составление электрических це-
соблюдать следующие правила:
I. Если около клемм измерительных электрических при-
боров проставлены знаки полюсов Ц-и—, то прй включении
в цепь к клемме «плюс» должен подключаться провод от по-
ложительного полюса источника тока и к клемме «минус» —
от отрицательного.
II. Вольтметр присоединяется, параллельно, к тем
двум точкам цепи, между которыми нужно измерить
напряжение1).
III. Амперметр ни в коем случае нельзя включать парал-
лельно источнику тока,что приведёт к короткому замыканию и
к гибели прибора. Амперметр включают последователь-
но с тем прибором, через который проходит измеряемый ток.
И Вольтметр, включённый в цепь последовательно, благодаря своему
значительному внутреннему сопротивлению понизит ток в цепи до ничтож-
ных долей ампера (при напряжении источника в несколько вольт) и не даст
возможности получить больший ток.
492
$ 6$, 4-5
IV. Вблизи вольтметра и амперметра Главучтехпрома
лабораторного типа (рис. 112) нельзя помещать магнитов,
во избежание неверных показаний приборов (§ 15, И).
V. Вольтметр и амперметр указанного типа нельзя по той
же причине располагать друг к другу ближе, чем на 3—5 см.
4. Лабораторная работа I: Постоянство силы тока во всех точ-
ках неразветвлённой цепи. Измерение мощности и сопротивления.
Приборы и материалы: 1) Вольтметр. 2) Амперметр
(рис-. 112). 3) Панелька с лампочкой от карманного фонарика. 4) Ключ. 5) Ба-
тарея из двух элементов- или аккумуляторов. 6) Соединительные провода.
Рис. 500. Схема установки для лабораторной работы «Постоянство силы тока
во всех точках неразветвлённой цепи».
1) Собрать схему, показанную на рисунке 500, и, включая
амперметр в различные участки цепи, произвести измерения
силы тока. Выяснить, позволяют ли результаты заключить о
постоянстве тока во всех точках неразветвлённой цепи.
2) Измерить напряжение, включив в той же схеме вольтметр
к клеммам лампочки, а также измерить силу текущего тока
(рис. 501). На основании полученных данных вычислить сопротивле-
ние лампочки и потребляемую ею мощность.
5. Лабораторная работа II: Закон Ома для участка цепи.
Приборы и материалы:!) Вольтметр. 2) Амперметр. 3) Па-
нелька с сопротивлениями (рис. 496). 4) Ключ. 5) Батарея из двух-трёх
элементов или аккумуляторов. 6) Соединительные провода.
§ 68, 6
493
1) Собрать схему, показанную на рисунке 502, пз батареи, клю-
ча, амперметра и панельки с сопротивлениями, включив на ней
сопротивление в 1 ом. Присоединив вольтметр к клеммам этого
сопротивления, измерить напряжение. Определить силу тока.
2) Повторить подобные же измерения, вводя в цепь сопротивле-
ния в 2, 3, 4 и 5 омов.
3) На основании полученных числовых значений проверить,
насколько они соответствуют закону Ома.
Рис. 502. Схема электрической цепи
для изучения закона Ома.
Рис. 503. Схема установки
для проверки показаний ам-
перметра по выделению меди.
6. Лабораторная работа III: Проверка показаний амперметра
по выделению меди.
П р и б о р.ы и материалы: 1) Амперметр (рис. 112). 2) При-
бор Бакушинского (рис. 497). 3) Реостат с движком на 5 омов (рис. 306).
494
J 68, 7—8
4) Батарея из двух аккумуляторов или элементов. 5) Аптекарские весы
(рис. 95). 6) Разновес. 7) Часы. 8) Раствор сернокислой меди. 9) Соединитель-
ные провода.
1) Приготовить насыщенный раствор сернокислой меди (мед-
ного купороса).
2) Взвесить внутреннюю спираль из прибора Бакушинского
с точностью до 10 мг. Сделать её катодом при включении в цепь.
3) Собрать схему, показанную на рисунке 503, из прибора Ба-
кушинского С, реостата R с движком (5 омов), амперметра А и
батареи В. Провода к батарее пока не включать. Заполнить ста-
канчик раствором сернокислой меди и погрузить в него спираль.
4) Поставив движок реостата на наибольшее сопротивление,
включить на возможно более короткое время ток и, наблюдая
показания амперметра и перемещая движок, довести силу тока
до 0,8—1 А. Ток большей силы брать нельзя, так как при взятом
катоде выделяющаяся медь станет отпадать. Установленную силу
тока необходимо поддерживать постоянной в продолжение всего
опыта.
5) Заметив по часам время, пропускать ток в течение 10—15
минут, тщательно следя за неизменностью силы тока и в случае
надобности смещая движок реостата.
6) Окончив опыт, вынуть катод, высушить его и взвесить на
весах, чтобы определить количество выделившейся меди.
7) На основании данных—электрохимического эквивалента,
веса выделившейся меди и времени — вычислить сначала количе-
ство протекшего электричества, а затем соответствующую силу то-
ка. Сравнить вычисленную величину с силой тока, измеренной ам-
перметром.
7. Лабораторная работа IV: Сравнение количества теплоты,
выделенного током на опыте, с ожидаемым по расчёту.
Воспользовавшись описанием, приведённым в книге Бакушин-
ского «Организация лабораторных работ по физике», часть I,
проделать работу 7 (стр. 62).
8. Вопросы к отчёту студента:
1) Определить целевую установку лабораторных работ с измеритель-
ными приборами для учащихся 7 класса.
2) Определить конкретное содержание лабораторных работ и составить
инструкцию для учащихся, выработав форму записи. Данные, полученные
в лабораторных работах, записать по выработанной форме.
3) Имеет ли значение, если в лабораторной работе «Постоянство силы
тока» применять амперметр, дающий неверные показания?
4) Почему сопротивление данной электрической лампочки зависит
от силы текущего тока?
5) Как проще всего высушить катод из прибора Бакушинского?
6) Почему при определении наибольшей относительной ошибки в лабо-
раторной работе «Проверка показаний амперметра» можно ограничиться
нахождением ошибки при взвешивании, не учитывая ошибку при измерении
времени?
§ 69, 1—2
495
7) Определить наибольшую относительную ошибку для работы «Про-
верка показаний амперметра». Каким десятичным знакОхМ следует ограни-
чить вычисление силы тока (см. Бакушинский, «Организация
лабораторных работ», стр. 62).
§ 69. Лабораторные работы: Магнетизм. Электромагнетизм.
Методические указания — см. т. I, §§ 100 и 101.
И зготцв л е н ие приборов — см. т. III, §§ 46—48.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 65 и 66.
1. Методические замечания. Работы по магнетизму и электро-
магнетизму носят качественный характер. Работа с магнитами
представляет значительный интерес для учащихся, несмотря на
то что они проделывают в сущности те же опыты, которые были
уже им показаны учителем. Количество опытов по магнетизму
весьма велико; наиболее существенными являются: определение
магнитного меридиана по магнитной стрелке (компас), взаимо-
действие магнитных полюсов, магнитные спектры и намагничи-
вание. Весьма рационально, раздав учащимся на руки по магни-
ту и по магнитной стрелке, предложить им проделать дома ряд
опытов, в том числе деление магнита на части (излом спиц, сталь-
ных перьев и т. п.); составление магнита из частей и др., а также
воспользоваться магнитом для определения, какие металлические
вещи в домашнем обиходе сделаны из железа и стали и какие пет.
Нет'сомнения, что любознательность самих учащихся заставит
их произвести много интересных опытов по своему усмотрению.
Не бесполезно показать забавы: вынимание железного предмета
из бутылки с водой (см. Ф. Э., т. III, § 39, И) и общеизвестную
игру «учёный жучок».
По электромагнетизму работы сводятся к включению элект-
ромагнита в цепь батареи, к определению его полюсов и к изу-
чению действия самодельного моторчика (рис. 506).
2. Приборы. Для проведения лабораторной работы по магне-
тизму наилучшим является набор, выпускаемый Главучтехпро-
мом (см. §47 и рис. 342). Из этого набора нужны: U-образный маг-
нит; набор диамагнитных и парамагнитных тел (брусочков); два
прямых магнита; магнитная стрелка; сито с железными опилка-
ми; лист картона. Все перечисленные предметы можно приобре-
сти в магазинах отдельно от набора, что значительно сократит
расход. Железные опилки возможно достать в любой слесарной
мастерской. Их следует промыть от жира и грязи при помощи
бензина или горючей смеси для автомобиля и высушить. Возмож-
но также применение чугунных раздробленных молотком стружек
от станка. Кроме того, нужны компасы и какие-нибудь карты
военного образца (рис. 504 и 507).
Так как преподаватель должен уметь закреплять магнитные
спектры для их последующей демонстрации, то дальше даны соот-
ветствующие указания. Для закрепления спектров применяется
496
? 69, 2
обыкновенная бумага, пропитанная парафином. Для этого рас-
плавляют парафин на сковородке или в прямоугольном корытце
и в него погружают лист бумаги, который тотчас же вынимают.
Факел для прогревания парафинированной бумаги делают
Рис. 504. Школьный компас.
из лучинки или кусочка проволо-
ки, намотав на их конец неболь-
шое количество ваты (рис. 505).
Рис. 505. Закрепление магнитных
спектров.
Для работ по электромагнетизму нужен небольшой желез-
ный болт (с гайкой), обмотанный звонковой проволокой или, луч-
ше, более тонкой—диаметром в 0,5 мм (100—200 витков) (рис. 362).
Крайне полезно изготовить своими силами
Рис. 506. Электромо-
торчик для лабора-
торной работы. (I) и
схема его включения
(II).
модель простейшего
электромоторчика,
устройство которо-
го показано на ри-
сунках 381 и ,506.
Материалы для его
выполнения весь-
ма просты: жесть
от консервной
банки, железный
гвоздь с удалённой
шляпкой, кусочек
резиновой трубки,
листочки тонкой
листовой меди (для
коллектора), ла-
тунные или мед-
ные полоски и
два-три метра провода диаметром в 0,3 мм. Об изготовлении
моторчика —см. т. III, § 48. Нужное количество моторчиков
можно изготовить силами учащихся в кружке и затем хранить
для применения в последующие годы.
В качестве источника тока при работе по электромагнетизму
следует брать батарею из двух-трёх элементов МВД или типа«Герку-
лес>(рис. 121—123) (см. § 17, 7) или аккумуляторов (рис. 117 и 118).
§ 69, 3—4
497
3. Правила ^обращения с магнитами. Перед лабораторной
работой учащимся должно сообщить следующие правила:
I. Нельзя допускать падения магнитов на пол и сильных
ударов по ним во избежание размагничивания.
II. При работах с магнитной стрелкой по изучению взаи-
модействия полюсов следует подносить к ней магнит осторож-
но сбоку, чтобы не допустить непосредственного соприкосно-
вения полюсов.
III. Нельзя прикладывать одноимённые полюсы магнита
и стрелки друг к другу, если их другие полюсы остаются
свободными, т. е. также не приведены в соприкосновение.
Магнитная стрелка при этом перемагнитится.
IV. Синяя окраска соответствует северному полюсу и
красная — южному, но иногда такое соотношение у магнит-
ных стрелок может оказаться нарушенным вследствие пере-
магйичивания их.
V. При уборке магнитов после работы их разноимённые
полюсы нужно соединять посредством железных якорей
(рис. 343, I и II).
VI. Хранение прямых магнитов, наложенных друг на дру-
га одноимёнными полюсами, возможно, но нежелательно;
складывание же разноимёнными полюсами без промежуточ-
ных якорей поведёт к размагничиванию.
4. Лабораторная работа I: Взаимодействие полюсов. Компас.
Приборы и материалы: 1) Магниты — прямой и U-об-
разный. 2) Штатив. 3) Магнитная стрелка на штативе. 4) Стальная вязаль-
ная спица или полотно от ножовки. 5) Плоскогубцы. 6) Карта военного об'
разца. 7) Компас. 8) Железные опилки.
1) Определить по магнитной стрелке направление магнитно-
го меридиана и отметить его на схематическом плане помещения.
2) Ориентировать карту по компасу и, задавшись положением
в точке Л, найти направление движения по компасу в точку В
(рис. 507).
3) Показать взаимодействие полюсов при помощи магнитной
стрелки и прямого магнита. Обнаружить то же, подвесив прямой
магнит на нитке к деревянной стойке (рис. 353).
4) Намагнитить стальную вязальную спицу или старое по-
лотно от ножовки согласно указаниям, данным в § 47.
32 Е. Н. Горячкин
498
# «Я 4
5) Производить при помощи плоскогубцев перелом спицы и
её частей каждый раз пополам. Убедиться посредством магнитной
стрелки и по притяжению железных опилок, что каждая часть
является магнитом с разноимёнными полюсами на концах.
« 6.9, 5-6
499
5. Лабораторная работа II: Магнитные спектры.
Приборы и материалы:!) Магниты — два прямых и один
U-образный. 2) Сита и опилки, мелкие и крупные. 3) Парафинирован-
ная бумага. 4) Лучинка. 5) Денатурированный спирт. 6) Вата. 7) Дере-
вянные брусочки.
1) Накрыть прямой магнит листом парафинированной бума-
ги или картона, засыпать его возможно более равномерно сначала
мелкими, а затем более крупными железными опилками, посту-
чать по нему пальцем и получить магнитные спектры. Сравнить,
какие опилки —крупные или мелкие —дают лучшую картину
поля.
2) Взять два прямых магнита и, обратив их сначала разно-
имёнными и затем одноимёнными полюсами друг к другу, накрыть
листом парафинированной бумаги, подложив деревянные брусоч-
ки во избежание её прогиба на краях. Засыпать лист бумаги же-
лезными опилками из сита, стремясь к равномерному их распреде-
лению. Лёгким постукиванием пальца по бумаге получить маг-
нитные спектры. То же сделать для U-образного мат нита.
3) Овладев техникой получения спектров, т. е. научившись
получать совершенно ясное, без перерывов расположение сило-
вых линий, поднести сверху к одному из спектров зажжённый
факел (лучинка с ватой на конце, смоченной денатурированным
спиртом) и для закрепления прогреть все участки спектра (рис.
505).
6. Лабораторная работа III: Электромагнит. Изучение дейст-
вия электромоторчика.
Приборы и материалы: 1) Железный болт с гайкой. 2) Про
вод толщиной в 0,3—0,5 мм. 3) Магнитная стрелка. 4) Мелкие железные
гвозди или шурупы. 5) Самодельный электромоторчик (рис. 506). 6) Батарея
из 2—3 элементов или аккумуляторов. 7) U-образный магнит. 8) Реостат
с движком (рис. 306). 9) Провода для соединений.
1) На железный болт между его головкой и гайкой намотать
100—200 витков изолированного провода. Полученный электромаг-
нит подключить к батарее из 2—3 элементов. Пользуясь магнит-
ной стрелкой, определить его полюсы и проверить мнемонические
правила плывущего человека и правой руки (см. т. 1, рис. 223).
2) Поднести один из полюсов электромагнита к мелким желез-
ным предметам (гвозди, шурупы, шарики) и получить притяже-
ние их. Выключив ток, вызвать отпадение всех этих предметов
(рис. 362).
3) Расположить якорь самодельного электромоторчика между
полюсами U-образного магнита. Включить моторчик М к батарее
В из 2—3 элементов через реостат R с движком (рис. 506, I и II)
и, изменяя введённое в цепь сопротивление, получать различную
скорость вращения якоря.
32*
500
§ 6.9, 7; $ TO, 1
4) Переменить сначала направление тока в якоре электромо-
торчика, а затем, повернув магнит на 180°, изменить направле-
ние силовых линий магнитного поля. Выяснить, каким образом
эти изменения сказываются на направлении вращения якоря.
5) Включить в цепь амперметр (рис. 112) и, подтормаживая паль-
цем якорь, убедиться в возрастании силы тока.
7. Вопросы к отчёту студента:
1) Определить целевую установку лабораторных работ по магнетизму
и электромагнетизму для учащихся 7 класса.
2) Определить конкретное содержание лабораторных работ и составить
инструкцию для учащихся, выработав форму записи.
3) Какие работы и наблюдения с компасом могут быть рекомендованы
для домашней лабораторной работы (в частности по отношению к положению
Солнца в различные часы дня)?
4) Почему при пользовании сильными магнитами для .получения спект-
ров образуются «плешины» около полюсов, в то время как опилки,располо-
женные дальше от последних, дают отчётливую картину поля?
5) Какими простыми расчётами можно определить для данного источ-
ника тока наивыгоднейшее число витков обмотки электромагнита?
6) Почему перемена направления тока через обычный электромотор не
вызывает изменения направления вращения, как ,это наблюдалось в само-
дельном электромоторчике?
'7) Сделать рисунки типичных магнитных спектров (см. т. IV, рис. 283
и 284).
Глава шестнадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ОПТИКЕ.
§ 70. Лабораторные работы: Отражение и преломление света.
Методические указания — см. т. I, §§ 108—110.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 52 и 53.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 71, 73, 74.
1. Методические замечания. Целью работ является наблюде-
ние явления преломления при прохождении светового луча че-
рез границу двух сред. Достигается это при помощи чрезвычайно
простого способа—посредством провешивания булавками ли-
нии хода светового луча. В результате опытов получаются лома-
ные линии, которые не только показывают ход луча сквозь про-
зрачную среду с границами той или иной формы (плоско-парал-
лельная пластинка, призма, цилиндрические линзы и т. п.), но
и позволяют произвести измерение коэфициента преломления (рис.
514). Способ булавок даёт возможность изучить также законы от-
ражения света от зеркал —плоского и цилиндрических (вогну-
того или выпуклого). Количество лабораторных работ, которые
могут быть проведены способом булавок, весьма значительно. Так,
например, возможно поставить лабораторные работы: 1) отраже-
ние от плоского зеркала; 2) отражение от вогнутого и выпуклого
§ ГО, 2
501
зеркала; 3) преломление света на границе воздух — вода; 4) ход
лучей сквозь плоско-параллельную пластинку; 5) ход лучей сквозь
призму; 6) ход лучей сквозь цилиндрические линзы: выпук-
лую и вогнутую и т. п.
Все эти работы требуют от учащихся, кроме аккуратности и
терпения, некоторых элементарных навыков по чертёжному де-
лу, только при этих условиях работы дадут надлежащие резуль-
таты. Поэтому проведение од-
Рис. 510. Призма
для лабораторных
работ.
Рис. 511. Плоско-параллель-
ная пластинка.
Рис. 509. Прибор для
изучения преломления
света на границе воды.
только при условии, если преподаватель сумел надлежащим
образом воспитать и подготовить учащихся. Постановку этих
интересных и важных работ, если они окажутся не осуществлён-
ными в классе, надо рекомендовать для кружковых занятий
по физике. Возможно также, раздав призмы и пластинки на
руки учащимся, поручить выполнение той или иной работы дома.
2. Приборы. Для изучения закона отражения света нужна по-
лоска плоского зеркала (длинойв 9—10 см и шириной в 2—3 см).
Такие полоски (срезки) можно очень дёшево приобрести в мага-
зине, торгующем зеркалами. Полоску прикрепляют при помощи
воска или сургуча к деревянному брусочку так, как это показано
на рисунке 508. Важно, чтобы нижний край зеркала, которым оно
прикасается к поверхности стола, был ровным и не имел выбоин.
Подобное зеркало входит’в набор деталей для шайбы Гартля.
Другие детали от той же шайбы — вогнутое и выпуклое цилинд-
рические зеркала —также можно применить для изучения хода
лучей (рис. 436). Для наблюдения преломления света при перехо-
де из воздуха в воду берут обыкновенный чайный стакан и вы-
резают из фанеры дощечку К так, чтобы она, будучи вставлена в
502
S ГО, 3
стакан, более или менее плотно держалась в нём (рис. 509). За-
готовленные дощечки, во избежание порчи их от воды, полезно
окраЪить жидкой масляной краской. Кроме того, для лаборатор-
ных работ необходимо приобрести существующие в продаже стек-
лянные пластинки с плоско-параллельными стенками и призмы
(рис. 510 и 511). Для построения хода лучей через линзы надо вос-
пользоваться цилиндрическими линзами из набора к шайбе Гарт-
ля. Так как выполнение чертежа на бумаге, положенной непосред-
ственно на школьный стол, встречает помехи от шероховатостей
его поверхности, а булавки плохо вкалываются и не держатся, то
надо изготовить из клеёной фанеры прямоугольники размером,
примерно, 20 сз«Х25сл«. Булавки (по 8—10 булавок на комплект)
надо подобрать возможно более тонкие и острые; особенно хо-
роши булавки энтомологические, служащие для накалывания
насекомых при составлении коллекций.
3. Лабораторная работа I: «Угол падения равен углу отраже-
ния».
Приборы и материалы: 1) Плоское зеркало. 2) Фанерная
дощечка. 3) Угольник. 4) Транспортир. 5) Булавки. 6) Бумага. 7) Каран-
даш.
При этой и дальнейших работах обратить особое внимание на
выполнение чертежа. Черчение следует производить тонко очи-
нённым чертёжным ка-
рандашом при помощи
I хорошей линейки и
притом так, чтобы про-
----водимые линии прохо-
/и у Дили совершенно точно
через наколы булавок
на бумаге.
1) Накрыть дощечку
листом чистой бумаги
Рис. 512. Установка для изучения закона и прочертить на по-
отражения света. следней хорошо заост-
рённым твёрдым каран-
дашом две взаимно перпендикулярные линии АВ и CD (рис. 512
и 513). В точку пересечения С линий воткнуть булавку и при-
ставить к ней плотно зеркало S, расположив его край вдоль
линии АВ.
2) Воткнуть в произвольном месте булавку Е и затем, смотря
со стороны булавки Е, воткнуть третью булавку F в таком месте,
чтобы булавки Е и С и изображение булавки F казались лежащи-
ми на одной прямой линии.
3) Снять зеркало и булавки и, соединив точки Е и F с точкой
С, убедиться при помощи транспортира, что углы ECD и FCD рав-
ны между собой.
5 70, 4
503
4) Повторить опыт два-три раза, вкалывая булавку Е так,
чтобы угол падения ECD оказывался иным, чем в предыду-
щем случае.
4. Лабораторная работа II: Преломление луча света на грани-
це воздух—вода.
Приборы и материалы: 1) Чайный стакан. 2) Фанерная до-
щечка. 3) Угольник. 4) Транспортир. 5) Булавки. 6) Карандаш. 7) Филь-
тровальная бумага. 8) Пипетка.
1) Фанерную дощечку поместить в стакан с водой (рис. 509)
и карандашом сделать отметку уровня жидкости. Вынуть дощечку
и по сделанным отметкам прочертить на ней карандашом ясно
видимую прямую АВ (рис. 514).
Рис. 513. Отражение лучей от
плоского зеркала.
Рис. 514. Преломление
луча на границе воздуха
и воды.
В середину этой линии вколоть булавку С и ниже — вторую
булавку D.
2) Вновь опустить дощечку в воду и убедиться, что булавка С
располагается точно на границе воздуха и воды; в противном слу-
чае посредством пипетки долить или отлить некоторое количество
воды.
3) Поместив глаз по направлению луча СЕ (рис. 514), вколоть
булавку Е, чтобы булавки Е, С и D казались расположенными на
одной прямой.
4) Вынув дощечку, обсушить её фильтровальной бумагой. Со-
единить точки Е,С и D прямыми линиями. Построить при помощи
угольника перпендикуляр FF к линии АВ в точке С и сравнить
транспортиром углы паденйя ECF и преломления DC FT"
5) Повторить опыт, взяв угол DCF сначала больше, а затем
меньше, чем в первый раз.
6) По величинам углов найти по таблице величины соответ-
ствующих им синусов и затем коэфициент преломления для
воды.
504
$ TO, 5—6
5. Лабораторная работа III: Ход лучей через плоско-параллель-
ную пластинку.
Приборы и материалы: 1) Стеклянная пластинка с плоско-
параллельными стенками. 2) Фанерная дощечка. 3) Угольник. 4) Транспор-
тир. 5) Булавки. 6) Карандаш. 7) Бумага.
1) На бумагу, постеленную на фанерную дощечку, положить
плоско-параллельную пластинку и очертить карандашом её гра-
Рис. 515. Установка лабораторной работы:
ход лучей через плоско-параллельную пла-
стинку.
Рис. 516. Ход лучей через
плоско-параллельную пла-
стинку.
ни (рис. 515). Булавку А вколоть примерна в середине стороны
стекла около самой его поверхности CD. Вторую булавку В вко-
лоть в произвольном месте; её положением определяется направ-
ление падающего луча АВ (рис. 516).
2) Глядя по направлению луча АВ, вколоть за стеклом ещё две
булавки Е и F (последнюю у поверхности стекла) так, чтобы все
четыре булавки казались расположенными на одной прямой.
3) Сняв стекло, соединить прямыми линиями точки А, В, Е и
F, а также восставить перпендикуляры к линии CD в точках
А и F.
4) Убедиться на основании полученного чертежа, что луч света
при прохождении через пластинку, хотя и смещается, но остаёт-
ся параллельным своему прежнему направлению.
5) Повторить опыт, беря различные углы падения луча АВ9
и сделать соответствующие построения.
6. Лабораторная работа IV: Ход лучей сквозь призму.
Приборы и материалы: 1) Призма. 2) Фанерная дощечка.
3) Булавки. 4) Бумага. 5) Карандаш. 6) Угольник. 7) Транспортир.
1) Очертить карандашом грани призмына бумаге и вколоть две
булавки А и В, одну из них — у поверхности стекла (рис. 517
и 518).
2) Глядя по направлению луча АВ, вколоть за призмой ещё
J 70, 7; § 71, 1
505
Рис. 517. Установка лабораторной рабо-
ты: ход лучей через призму.
две булавки С и D так, чтобы все четыре булавки казались рас-
положенными на одной прямой.
3) Сняв призму, соединить прямыми линиями точки А, В, С
и D и получить таким образом ход луча через призму.
4) Определить при по-
мощи транспортира вели-
чину преломляющего угла
призмы.
5) Повторить опыт,
взяв иное направление
падающего луча АВ, сде-
лать указанные выше по-
строения и вновь опреде-
лить величину прелом-
ляющего угла.
7. Вопросы к отчёту
студента:
1) Сформулировать целе-
вую установку лабораторных
работ на отражение и прелом-
ление света- для 7 класса.
2) Определить точное со-
держание лабораторных работ
и составить инструкцию для
учащихся, выработав форму
записей. Результаты записать.
3) Самостоятельно разра-
ботать вопрос о том, как еле- Рис. 518. Ход лучей через призму,
дует вкалывать булавки, чтобы
показать ход лучей при отражении от вогнутого зеркала и при прелом-
лении через двояко-выпуклую линзу.
4) Так как при описанных опытах очень трудно вкалывать булавки
строго вертикально, то по каким частям булавок (верх, середина, низ)сле-
дует производить провешивание?
5) Каким образом, не прибегая к помощи таблицы синусов, можно вы-
числить коэфициент преломления стекла на основании геометрических по-
строений и измерений?
6) При каких условиях в лабораторной работе с призмой обнаружива-
лось явление полного внутреннего отражения?
§ 71. Лабораторные работы: Получение изображений
с помощью линз.
Методические указания — см. т. I, §§ 109 и 110.
Изготовление приборов — см. т. III, § 53.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 74, 3—5.
1. Методические замечания. В седьмом классе возможно про-
ведение лишь качественных лабораторных работ с оптическими
линзами. Однако, надо прежде всегонаучитьучащихся определять
самым простым способом главное фокусное расстояние с той целью,
506
§ 71, 2
чтобы далее можно было выяснить зависимость характера полу-
чаемого изображения от положения предмета по отношению к
главному фокусу и двойному фокусу. Наиболее важными являются
вопросы о применении линзы в качестве лупы и о получении умень-
шённого и увеличенного изображений, соответственно действию
линз в фотоаппарате и в проекционном фонаре. Более сложные
работы, знакомящие с принципами устройства микроскопа и зри-
тельной трубы, возможно провести лишь на кружковых заня-
тиях.
2. Приборы. Работы с получением изображений производятся
при помощи оптической скамьи. Для семилетней школы
следует воспользоваться наиболее простой моделью оптической
скамьи, конструкция которой разработана Бакушинским (рис.
519). Изготовление её своими силами не представляет затрудне-
ний. Для каждой скамьи из клеёной фанеры (трёхслойной или,
лучше, более толстой — пятислойной) вырезают 3 прямоуголь-
ника размером, примерно, 13 см\\8 см. В двух из них в середи-
не выпиливают лобзиком или просверливают сверлом отверстия
диаметром на 5—8 мм меньше поперечника стекла от очков. За-
тем на отверстие накладывают очковое стекло и шилом очерчива-
ют его контур. Пользуясь ножом или бритвой, прорезают один
пли два слоя фанеры по контуру и подрезанную часть удаляют.
$ 7t 3—4
507
В результате получается кольцеобразный вырез, в который вклады-
вается стекло (рис. 519, IV иУ). Его закрепляют наглухо, приклеи-
вая его к дереву воском или сургучом. Лучше при помощи же-
стяных полосок или пружинок или, как рекомендует Б а к у ш и н-
с к и й, резинок для карандаша А так произвести закрепление,
чтобы стекло могло быть в случае надобности заменено другим.
Возможно также произвести закрепление
посредством картонных колец В. Для каж-
дого из прямоугольников изготавливают по
паре ножек с прорезами, в которые все пря-
моугольники должны входить туго. На
каждую оптическую скамью надо прио-
брести по две двояковыпуклых линзы от
очков: одну — от 2 до 10 диоптрий и дру-
гую — от 10 до 20 диоптрий. Чтобы иметь
возможность эти стёкла применить в каче-
стве объектива и окуляра при лаборатор-
ных работах на микроскоп и телескоп, не-
обходимо, чтобы второе стекло имело свето-
силу по крайней мере в 2 раза больше, чем
первое, например, -|-6и-J-17 диоптрий или-|-
4~4 и +12 диоптрий. В качестве источника
света можно применять свечи, лучше тон-
кие ёлочные или лампочку от карманного
фонарика, накаливая её от батареи из
двух-трёх элементов типа МВД (§ 17,7).
Рис.520. Керосиновая
лампочка.
Заслуживает реко-
мендации керосиновая лампочка, дающая некоптящее пламя
благодаря скобке из жести (рис. 520).
3. Лабораторная работа I: Определение главного фокусного
расстояния линзы.
Приборы и материалы: 1) Оптическая скамья*. 2) Мас-
штабная линейка. 3) Белая бумага.
1) Взяв стойку сначала с одной линзой, а затем с другой, полу-
чить на листе белой бумаги изображение Солнца. Если Солнце
не светит в окна класса, то изображение может быть получено
от обыкновенной электрической лампочки, расположенной воз-
можно дальше от линзы.
2) Измерить масштабной линейкой расстояние между линзой
и соответствующим изображением. Это расстояние может быть
принято за главное фокусное расстояние линзы.
4. Лабораторная работа II: Получение изображения с помощью
линз.
Приборы и материалы: 1) Оптическая скамья. 2) Источ-
ник света. 3) Масштабная линейка.
508
Работа служит для изучения зависимости размера и положе-
ния изображения от положения источника света по отношению к
главному фокусу и двойному фокусу линзы.
а) Л у п а.
1) Сравнить увеличения, получаемые от короткофокусной и
длиннофокусной линз, применяя их как лупу для рассматрива-
ния мелких предметов,— кожи на руке, кусочка материи и т. п.
2) Измерив расстояние предмета до центра линзы, обнаружить,
что оно меньше главного фокусного расстояния, — иначе говоря,
что предмет расположен между главным фокусом и линзой.
Рис. 521. Лабораторная уста-
новка оптической скамьи —
получение изображений с по-
мощью линзы.
3) Обратить внимание, какое изображение получается при этом
(мнимое или действительное, прямое или обратное, увеличенное
или уменыпённое).
б) Проекционный фонарь.
1) Расположив источник света, примерно, в двойном фокусе,
получить его изображение на экране сначала для одной из линз
(рис. 521). Определить характер изображения, обратив особое вни-
мание на его величину.
2) Пододвигать постепенно источник света к линзе и наблюдать,
устанавливая экран, где и какое получается изображение.
3) Эти наблюдения проделать сначала для одной, например,
для короткофокусной, а затем для длиннофокусной линзы. Выяс-
нить, в чём заключается характерная разница в изображениях,
получаемых посредством линз, сильно отличающихся величиной
своих фокусных расстояний.
в) Фотографический аппарат.
1) Расположить источник света примерно в двойном фокусе
и, постепенно отодвигая его от линзы, получать его изображение.
Определять характер получаемого каждый раз изображения.
2) Опыт проделать для короткофокусной, а затем для длин-
нофокусной ’линз. Выяснить различие в характере изображе-
ний, получаемых при помощи этих линз.
f 71, 5—6; § 72, 1—2
509
5. Лабораторная работа III: Микроскоп. Телескоп.
Приборы и материалы: 1) Оптическая скамья Бакушин-
ского. 2) Источник света.
Воспользовавшись описанием в книге Знаменского,
Лаб. зан., часть II, стр. 244, работы 309 и 310, осуществить сбор-
ку моделей микроскопа и телескопа на скамье Бакушинского.
6. Вопросы к отчёту студента:
1) Определить целевую установку лабораторной работы «Получение изо-
бражений с помощью линз».
2) Наметить конкретное содержание лабораторной работы и написать
инструкцию для учащихся, выработав форму записей. Результаты записать
по выработанной форме.
Приложения,
Примечание. В §72 приложений в дополнение к § 17 об источниках
тока описываются различные способы зарядки аккумуляторов, что имеет
большое практическое значение для каждого преподавателя физики. В до-
полнение к изложенному служит § 23 т. III, где приведены указания по
приготовлению электролита, смене раствора и уходу за аккумуляторами.
Далее, в § 73 описана ветросиловая установка Висхома, рекомендуемая
для школы. В заключение в § 74 дан обзор литературы по методике и
технике физического эксперимента.
§ 72. Зарядка аккумуляторов.
1. Методические замечания. В данной работе рассматривает-
ся вопрос о зарядке аккумуляторов только с технической стороны;
демонстрации же принципа действия аккумулятора и его заряд-
ки описаны в § 44, 9. Процесс зарядми аккумуляторов крайне не-
сложен; затруднения обычно возникают лишь по отношению к ис-
точнику зарядного тока, требующего за собой внимательного на-
блюдения и соблюдения определённых правил обращения с ним.
Особенно осложняется зарядка аккумуляторов при пользовании
алюминиевым выпрямителем, нуждающимся в предварительной
формовке и обеспечении надлежащего охлаждения.
Изучение зарядки аккумуляторов следует производить после
ознакомления с опытами: электролиз (§ 44), сопротивление
(§ 43, 4—8) и измерительные электрические приборы (§ 45).
2. Признак необходимости зарядки аккумулятора. Чтобы уз-
нать, нуждается ли аккумулятор в зарядке, измеряют его напря-
жение вольтметром. Если аккумуляторы соединены в батарею,
то измерение напряжения производят у каждого элемента в от-
дельности, так как некоторые из них, имея меньшую ёмкость1), раз-
ряжаются до своего предела раньше остальных.
Такое явление наблюдается также у аккумуляторов одинаковой
ёмкости в случае некоторых повреждений (порча раствора, большая утечка
в саморазрядном токе и т. п.).
510
§ 72, 3
Аккумуляторы безусловно требуют зарядки, когда вольтметр
показывает у свинцового аккумулятора напряжение менее 1,8
V и у железо-никелевого — меньше 1,1 V.
Измерение напряжения при этом производится, когда акку-
мулятор находится в разомкнутом состоянии, т. е. когда он не
присоединён в какой-либо другой электрической цепи (кроме вольт-
метра)1). Как только напряжение у аккумуляторов упадёт до
указанной выше величины, их следует немедленно ставить на за-
рядку во избежание порчи.
3. Нормы зарядного тока. Основной задачей при зарядке яв-
ляется создание через свинцовые аккумуляторы зарядного тока
Рис. 522. Графики изменения напряжения у железо-никелевого (I) и свинцо-
вого (II и III) аккумуляторов на различных режимах зарядки и разряда.
не выше некоторой предельной нормы; в противном случае они
окажутся испорченными, а то и приведёнными в полную негод-
ность. Таким образом, при зарядке аккумулятора надо следить
за силой текущего тока, для чего необходим амперметр; включе-
ние вольтметра в цепь необязательно. Вольтметр окажется нужным
для суждения о том, насколько зарядились аккумуляторы.
Нормы зарядного тока для свинцового аккумулятора зависят от
его ёмкости и указываются в прилагаемом при продаже описании.
Обычно максимальный зарядный ток бывает равен наибольшему
!) Если аккумулятор нагружён, то его напряжение U равно электродвижу-
щей силе Е минус падение напряжения в нём Zr, где I — сила тока иг —
внутреннее сопротивление, т. е.
U = Е—1г.
§ 72, 4—5
51!
допустимому разрядному, и эти токи примерно численно равны 0,1
ёмкости аккумулятора. Это значит, если, например, свинцовый
аккумулятор имеет ёмкость 40 ампер-часов, то максимальные, как
зарядный, так и разрядный, токи могут иметь силу в 40-0,1=4 А.
При ёмкости в 80 ампер-часов эти токи будут равны 80-0,1=8 А.
Из этого соотношения следует, что для полной зарядки
свинцового аккумулятора требуется промежуток времени около
10 час.
Для железо-никелевых аккумуляторов также указываются
нормы зарядного тока, рассчитанные на 8 час. зарядки; но для
этих аккумуляторов возможно применять четырёхчасовой режим,
пользуясь силой тока, примерно, в два раза превышающей норму.
На рисунке 522,1 показан график изменения напряжения
у железо-никелевого аккумулятор^ при различных режимах
зарядки. Кривые рисунка 522, II и III соответствуют нор-
мальному режиму зарядки и разряда свинцового аккумуля-
тора.
4. Признаки окончания зарядки. Об окончании зарядки ак-
кумуляторов проще всего судить по их напряжению. Для этого при
зарядке время от времени приключают вольтметр к клеммам каж-
дого аккумулятора по очереди и измеряют их напряжение. При
таких измерениях следует на время рыключать заряжающий ток,
иначе вольтметр станет показывать не только напряжение само-
го аккумулятора, но и падения напряжения в нём х). Когда на-
пряжение аккумулятора при указанном выше условии станет рав-
ным: у свинцового 2,4—2,6 V и у железо-никелевого 1,8—1,9 V,
то его надо выключать из цепи и считать зарядку законченной.
Остальные аккумуляторы оставляют заряжаться дальше до тех
пор, пока напряжение у каждого из них возрастёт до указанной
выше величины.
У свинцовых аккумуляторов признаком окончания зарядки
может служить также сильное газообразование, отчего раствор
в них напоминает кипящий. У железо-никелевых «кипение»
начинается сравнительно задолго до конца зарядки.
5. Соединение в группы при зарядке. Аккумуляторы при за-
рядке соединяют между собой последовательно. Если они имеют
различную ёмкость, то сила заряжающего тока должна быть взя-
та не выше той предельной, которая соответствует самому мало-
му аккумулятору. Вследствие этого зарядный ток для более круп-
ных аккумуляторов окажется ниже нормы, что поведёт к увели-
чению времени зарядки. Поэтому рационально для выигрыша во
1) При зарядке аккумулятора вольтметр показывает величину С7, равную
электродвижущей силе Е плюс падение напряжения 1г, где I — сила заряд-
ного тока иг — внутреннее сопротивление аккумулятора, т. е. U — Е -|- 1г
(ср. с величиной напряжения при разрядке).
512
$ 72, 6
времени соединить аккумуляторы смешанно, создавая, напри-
мер, комбинацию, подобную изображённой на рисунке 523. Эта
схема получена на основании данных, что предельные зарядные
1,6 а
*з
Рис. 523. Смешанное соединение
для зарядки аккумуляторов
различной ёмкости.
токи соответственно равны для
аккумуляторов: Аг—5А; А2—ЗА;
А3—2А. В этом случае рациональ-
но взять зарядный ток в 5 А;
тогда через каждый из парал-
лельно-соединённых аккумулято-
ров А2 потечёт ток в 5:2=2,5 А
и через А3—ток в 5:3=1,6 А, и
нормы окажутся непревзойдён-
ными.
При последовательном же со-
единении всех этих аккумулято-
ров зарядный ток мог быть взят
равным только 2 А, и продолжи-
тельность зарядки наиболее ём-
ких аккумуляторов удвоилась бы.
6. Напряжение источника тока. Выше было указано, что при
зарядке следует поддерживать в цепи ток .определённой силы,
следя за этим по амперметру; вольтметр же находит себе примене-
ние лишь при окончании зарядки. Однако, перед включением ба-
тареи в зарядную цепь надо соблюсти непременное условие, что-
бы напряжение источника
тока было выше, чем Источник
напряжение аккумулятор-
ной батареи в момент
окончания зарядки. Так
как напряжение, которое
необходимо поддерживать
на заряжаемом аккуму-
ляторе, равно его электро-
движущей силе плюс
падение напряжения на
преодоление внутреннего
сопротивления, то при
предварительном подсчёте
Рис. 524. Схема цепи для зарядки акку-
муляторов.
принимают напряжение на
каждый из аккумуляторов: свинцовых в 2,8 V и железо-никеле-
вых в 2 V. Таким образом, если источник тока имеет напряже-
ние в 12 V, то им можно заряжать группу в 4 свинцовых или
5 железо-никелевых при их последовательном соединении. Если
это требование не выполнить, взяв большее количество аккуму-
ляторов, то через некоторое время после начала зарядки заря-
жающий ток упадёт и наконец сделается равным нулю, когда
$ 72, 7—8
513
сумма электродвижущих сил аккумуляторов станет равной
электродвижущей силе источника тока. Если на зарядку надо
пос^ вить большее число аккумуляторов, чем указано, то их
соединяют между собой смешанно, т. е. в две параллельные группы.
Когда для зарядки аккумуляторов
используется ток в 120 V, то никаких
предварительных расчётов на проверку
нужного наибольшего напряжения не
производится.
7. Приборы при зарядке аккумуля-
торов. При зарядке аккумуляторов
приходится составлять цепь,показанную
на рисунке 524. В цепи обязательно
присутствие: амперметра А, выключа-
теля К и реостата R, Наиболее удобным
выключателем служит однополюсный
рубильник на струбцинке (рис. 525).
Можно использовать амперметр лабо-
раторного типа (рис. 112); годен также
демонстрационный гальванометр с шун-
том на 10 А (рис. 113 и 114); наилуч-
шим же является технический прибор
магнито-электрической системы со
шкалой до 6 А (рис. Ill, II).
Реостаты при источнике заряжаю-
щего тока в 12 V берутся проволоч-
ные с движком (§ 43, 5 и рис. 306) с со-
Рис. 525. Рубильник на
струбцинке.
противлением в несколько омов, допу-
скающие нагрузку до 5 А (§ 43, 6). При
зарядках током с напряжением в 120 V
или 220 V применяются ламповые
реостаты (рис. 308) (§ 43, 7).
Можно применять вольтметр лабораторного типа (рис. 112),
но лучше пользоваться более точным.
8. Опыт I. Зарядка аккумуляторов током в 120 V.
Приборы и материалы: 1) Аккумуляторы различной ёмкости.
2) Амперметр до 5 А (рис. 112). 3) Вольтметр до 3—5 V (рис. 112). 4) Лам-
повый реостат (рис. 308). 5) Рубильник на струбцинке (рис. 525). 6) Про-
вода для соединений.
Для зарядки используется сеть постоянного тока с напря-
жением в 120 V.
1) Подготовить аккумуляторы к зарядке, удалив тряпкой
пыль с крышек и счистив в случае надобности окислы на клеммах,
образующиеся чаще всего у свинцовых аккумуляторов. Измерить
напряжение у каждого из аккумуляторов.
33 Е. Н. Горячкин
514
§ 72, 9
2) Выяснить для каждого из аккумуляторов нормы за-
рядного тока и составить из них группу, руководясь изложен-
ным выше в разделе 2, чтобы вести зарядку наименьшее воемя.
Определить силу зарядного тока для составленной группы.
3) Составить схе-
Рис. 526. Схема цепи для зарядки аккумулято-
ров постоянным током через ламповый реостат.
му, соединив после-
довательно рубиль-
ник К, ламповый
реостат R (рис. 308),
амперметр А и бата-
рею аккумуляторов
(рис. 526). Цепь при-
ключить при разомк-
нутом рубильнике к
источнику постоян-
ного тока на 120 V
так, чтобы плюс батареи оказался присоединённым к плюсу
источника и минус батареи — к минусу источника.
4) Убедившись, что все лампы в реостате наполовину вывер-
нуты, замкнуть рубильник и ввернуть в реостат столько ламп,
чтобы получить ток, равный нормальному для данной группы.
5) В процессе зарядки следить за поддержанием в цепи тока
той же силы, для чего придётся ввернуть ещё одну-две лампы.
6) По истечении 1—2 час. после начала зарядки выключить
зарядный ток и при помощи вольтметра измерить напряжение у
каждого из аккумуляторов. Сравнить эти величины с напряжени-
ями, бывшими до зарядки.
9. Опыт II. Зарядка аккумуляторов от источника тока в 12 V»
Приборы и материалы: 1) Источник тока в 12—20 V.
2) Аккумуляторы для зарядки. 3) Амперметр до 5—10 А (рис. 112). 4) Вольт-
метр до 15—20 V (рис. 111). 5) Вольтметр до 3—5 V (рис. 112). 6) Рубильник
на струбцинке (рис. 525). 7) Проволочный реостат с сопротивлением в 5 омов
па 5—10 А (рис. 306 и 307, I). 8) Провода для соединений.
Опыт имеет целью ознакомить с процессом зарядки аккуму-
ляторов от источника тока с низким напряжением в 12—20 V.
Таким источником может быть ток освещения, трансформирован-
ный и затем выпрямленный, или преобразователь Главучтех-
прома (§ 17, 10) (рис. 26 и 36).
1) Выяснить для каждого из аккумуляторов нормы зарядно-
го тока и составить из них группу, руководствуясь изложенным
выше в разделе 5, чтобы вести зарядку наименьшее время. Опреде-
лить силу зарядного тока для всей группы.
2) Измерить вольтметром на 15—20 V напряжение источника
тока и вольтметром на 3—5 V — напряжение у каждого из ак-
кумуляторов.
§ 72, 10
515
3) Вычислить на основании данных в разделе 4 указаний, ка-
кое напряжение должно поддерживаться при зарядке на груп-
пе аккумуляторов. Вычислить, какое падение напряжения сле-
дует получить в реостате.
4) Принимая во внимание
силу зарядного тока (см.
пункт 1), вычислить нужное
сопротивление реостата.
5) Взять подходящий рео-
стат с движком и собрать
схему для зарядки (рис. 527).
6) Поставив движок так,
чтобы в реостате было вклю-
чено наибольшее сопротивле-
ние (превышающее вычислен-
ное), замкнуть рубильник.
Отсчитать по амперметру силу
s -/2-^7 5
Рис. 527. Схема цепи для зарядки ак-
кумуляторов постоянным током
в 12—20 V.
тока и, в случае, если он окажется
меньшим, вывести часть сопротивления в реостате.
7) Вести зарядку примерно в течение часа и поддерживать в
цепи зарядный ток нужной силы, время от времени уменьшая для
этого сопротивление в реостате. После этого измерить напряжение
каждого аккумулятора в отдельности и выяснить, как оно из-
менилось в сравнении с существовавшим ранее.
Пример. Даны шесть свинцовых аккумуляторов, из которых два Аг
допускают зарядный ток силой в 5 А, два А2 — в 3 А и два А3 — в 2 А. На
основании расчётов, приведённых выше в разделе 5, зарядку рационально
вести током в 5 А, составив группу, показанную на рисунке 523. Сбитая,
согласно указаниям, данным в разделе 6, по 2,8 V на каждый аккуму-
лятор, получим для четырёх элементов, соединённых последовательно:
4-2,8 = 11,2 V.
Таким образом, если вольтметр при измерении источника тока показал,
что его напряжение равно 13 V, то падение напряжения в реостате должно
быть равно:
13 V — 11,2 V = l,8 V.
При силе зарядного тока в 5 А реостат необходимо взять с сопротивле-
нием не менее:
1,8:5=0,3 ома.
По таблице (§ 43,5) находим, что годится реостат в 5 омов, допускающий
нагрузку до 6,8 А. При включении его в цепь придётся установить его по-
движной контакт так, чтобы сила тока достигла нужной нормы в 5 А.
Указанный реостат окажется также годным для зарядки мень-
шего количества аккумуляторов, почему он указан в перечне при-
боров к настоящей работе.
10. Опыт III. Зарядка аккумуляторов от купроксного выпрями-
теля.
Приборы и материалы:!) Купроксный выпрямитель (рис.
125). 2) Аккумуляторы. 3) Амперметр до 5 А (рис. 112). 4) Вольтметр до
3—5 V (рис. 112).
33*
516
$ 73
В работе рассматривается вопрос о зарядке аккумуляторов от
купроксного выпрямителя, что является наиболее простым де-
лом по сравнению с зарядкой от других источников тока.
0 1) Ознакомиться с устройством
Рис. 528. Схема цепи для заряд-
ки аккумуляторов постоянным
током от купроксного выпрями-
теля.
ведённым в разделах 5 и 6,
может быть поставлено на
купроксного выпрямителя по опи-
санию, приведённому в § 17, 9. По
«паспорту» (табличке на корпусе)
выяснить величины напряжения
и наибольшей силы зарядного то-
ка, которые может дать данный
выпрямитель.
2) Рассмотреть, как устроено
подвижное ярмо выпрямителя,
или его магнитный шунт. Вдви-
нуть шунт (рис. 126), что соот-
ветствует наименьшей силе тока,
даваемой выпрямителем.
3) Выяснить, согласно данным
выпрямителя и указаниям, при-
какое количество аккумуляторов
зарядку.
4) Соединить аккуму-
ляторы последовательно
(выпрямитель обычно даёт
ток весьма небольшой и
поэтому не превышающий
нормальный зарядный) и
собрать схему для зарядки
{рис. 528). Включить ток
в выпрямитель и затем
выдвинуть шунт, чтобы си-
ла тока не оказалась вы-
ше нормы.
5) Обратить внимание,
что на зарядку можно по-
ставить один или несколь-
ко аккумуляторов (для
выпрямителя на . 12 V) и
без реостата посредством
магнитного шунта под-
держивать нужный ток.
Рис. 529. Ветро-электрический агрегат
«Висхом РД—1,5».
§ 73. Ветросиловая школьная электростанция.
В условиях сельской школы при отсутствии на месте элек-
трического тока для освещения и отдалённости машинно-трактор-
ной станции не удаётся производить зарядку аккумуляторов для
§ ?з
517
проведения опытов по электричеству. Поэтому особо важное зна-
чение приобретает устройство в школе собственной, хотя бы и
маломощной электростанции, работающей на «голубом угле». Это
становится вполне возможным с выпуском нашей промышлен-
ностью маломощных ветросиловых агрегатов. Подобная установка
будет тем более ценна, что не только обеспечит физический каби-
нет электроэнергией для опытов и освещения, но также явится
полезнейшим учебным пособием и, кроме того, станет играть
культурную роль, способствуя проникновению в быт отдалён-
ных местностей Союза электрической энергии для освещения и
питания радиоприёмников.
Особого внимания заслуживает ветросиловой агрегат «РД-1,5
Висхом» (со щитком ОД — 1,5 г), показанный на рисунке 529.
Приводим некоторые данные:
Основные параметры агрегата «РД-1,5 Впсхом»
1. Диаметр пропеллера.............................. = 1,5 м
2. Коэфициент использования энергии ветра................... =0,35
3. Регулируемые обороты................................ =900 об/мин
4. Неравномерность хода............................ 3—5°/0
5. Род тока агрегата — постоянный..................
6. Установленная мощность генератора........................ =100W
7. Рабочее напряжение.............................. 6—8 V
8. Режим работы агрегата — с буферной аккумулятор-
ной батареей, напряжением ......................... в 6 V
9. Тип аккумуляторной батареи — стартерный.........
10. Вес агрегата с генератором*'................... 28 кГ
Эксп л о а та ци о н н ы е показатели агрегата «РД-1,5 Висхом»
Среднегодовая скорость ветра в м/сек района эксплоатации агрегата 4 5 6
Потенциально возможная годо- вая выработка энергии агрегатом в квт-ч 154 250 395
Минимальная месячная выработка агрегата в квт-ч 10 17 34
Максимальная месячная выработ- ка агрегата в квт-ч 22 30 43
Годовое число часов работы аг- регата 3310 6522 7325
г) Конструкция разработана Всесоюзным Научно-Исследовательским
Институтом сельскохозяйственного машиностроения (авторы проекта инж.
III а м а н и н В. С., Вершинин И. Б. и В а с и л ь е в Б. А.) и
в 1945 г. рекомендована экспертной комиссией при техническом совете
НКЭС к производству союзной промышленностью (Ленинградский листо-
прокатный завод Министерства местной промышленности РСФСР).
518
$ 74
Ветро-электрический агрегат требует установки на столбе
высотой в 8—10 м или на конёк крыши школы.
Динамомашина установлена на одном валу с пропеллером.
Регулирование числа оборотов пропеллера при разных скоростях
ветра производится автоматически посредством использования
центробежной силы для изменения угла крыльев к плоскости их
вращения. Благодаря такой регулировке при разных скоростях
ветра (от 4 м/сек до 40 м/сек) рабочее напряжение поддержи-
вается от 6 V до 8 V. Электрическая часть, кроме динамомаши-
ны, состоит из аккумуляторной батареи стартерного типа на 6 V
(употребляемой на автомобилях для запуска двигателя посред-
ством электромотора), реле обратного хода и двустороннего ам-
перметра. Батарея заряжается от динамомашины и, давая ток
при остановленном двигателе — одна или при ветре вместе с ди-
намо, служит для освещения и других целей. Кроме того, она
является буферной, т. е. при различной скорости вращения не поз-
воляет напряжению от агрегата упасть ниже 6 V и подняться
выше 8 V. Наконец, батарея используется для запуска в ход ветро-
двигателя при малой скорости ветра; в этом случае динамо вы-
полняет функцию стартера. Реле обратного хода служит для авто-
матического выключения динамомашины при ослаблении ветра
ниже расчётного значения или при остановке двигателя. Дву-
сторонний амперметр (нулевое деление посредине шкалы) слу-
жит для наблюдения за ходом зарядки батареи и её разряда в
цепь при пользовании током для тех или иных целей.
§ 74. Список литературы по методике и технике физического
эксперимента.
Литература по физическому эксперименту начала в более или
менее планомерном порядке появляться в конце XIX столетия
(более 50 лет назад). В это время появился самый солидный че-
тырёхтомный труд Фрика на немецком языке: Техника фи-
зики (Frick, Physikalische Technik, 4-е изд., 1904—1909 гг.),
содержащий описание оборудования физического кабинета, ла-
боратории и мастерской и описание нескольких (около 8) тысяч
приборов для физического эксперимента; но техника самих опы-
тов почти не затронута.
Практические указания по демонстр а ционным опытам содер-
жит книга В е й н г о л ь д а: Демонстрации по физике (W е i п-
h о 1 d. Physikalische Demonstrationen, 1899). Часть этой кни-
ги была переведена на русский язык Н. С. Лукьяновым и
в несколько переработанном виде была выпущена под заглавием:
«Физический кабинет средних учебных заведений» (1904—1906 гг.,
стр. 965). Издание не было закончено.
Тот же автор Вейн гольд составил более краткое руко-
водство по физическим опытам (W е i n h о 1 d, Vorschule der
$ 74
519
Experimentalphysik, 1907 г., стр. 580), которое давало описание
приборов упрощенного типа с указаниями к их самодельному из-
готовлению .
Три перечисленных труда немецких авторов господствовали до
начала XX в. в библиотеках физических кабинетов русских сред-
них учебных заведений, но уже в первом десятилетии XX в. ста-
ли заменяться и вытесняться совершенно оригинальными руко-
водствами русских авторов. Однако, хотя и появлялись отдельные
большей частью небольшие, но прекрасные книжки (как, напри-
мер, Баранова, Дрентельна, Дубровского,
Кольбе, Лермантов а, Розенберга), но только при
советской власти начался расцвет литературы по физическому
эксперименту. Литература эта даёт сравнительно большое число
руководств, частично весьма обстоятельных, целесообразно про-
думанных, приноровленных к состоянию современной школы и
направленных к одной цели — оказать преподавателю физики
реальную помощь в деле организации кабинета и лаборатории
и налаживания эксперимента.
Из всей обширной методической литературы в области экс-
перимента в дальнейшем указаны только те книги, которые за-
служивают наибольшего внимания. Руководства по ремесленным
навыкам для преподавателя физики и по изготовлению приборов
приведены в т. III.
Интересные и новые материалы по отдельным частным
случаям эксперимента, отражающие опыт массовой школы,
можно найти в соответствующих статьях журнала «Физика
в средней школе», хотя надо заметить, что журнал больше
внимания уделяет эксперименту в 8—10 классах, чем в 6—
7 классах.
Прилагаемый перечень литературы разбит на отдельные груп-
пы, но такое деление является чисто условным, так как чаще все-
го каждое руководство касается всех сторон деятельности и обста-
новки физического кабинета, как это легко усмотреть из дальней-
ших характеристик отдельных книг.
I. Оборудование кабинета.
1) Галанин, Горячкин, Жарков, Павша,
Сахаров, Физический эксперимент в школе.
Том I (1934 г., стр. 248) этого многотомного издания в основ-
ном посвящен вопросу о всестороннем оборудовании физическо-
го кабинета. В книге приведены подробные описания самого поме-
щения, мебели, общего оборудования кабинета и лаборатории —
водой, нагревателями, током, проекционными фонарями, посудой,
инструментами для мастерской и т. И. В части описания электро-
оборудования (источники электроэнергии в виде переменного
и постоянного токов, распределительные щиты и пр.) книга яв-
ляется наиболее полной по сравнению с другими подобными по-
собиями для учителей.
520
S 74
2) Д. И. Сахаров, Оборудование физического кабинета»
физические приборы.
Две главы—VIII и IX —из книги: И. И. Соколов,
Методика физики, 2-е изд. (1936 г.), содержат краткое (41 стр.) опи-
сание организации физического кабинета (помещение, аудито-
рия, лаборатория, план размещения, общее оборудование и т. д.),
основных физических приборов и обращения с ними.
3) П. А. Знаменский, Физическая лаборатория и её
оборудование. Это краткое (28 стр.) изложение оборудования
физического кабинета, по общему содержанию повторяющее пре-
дыдущее пособие, входит в виде отдельного раздела в книгу:
Знаменский, Кельзи и Челюсткин, Методи-
ка преподавания физики в средней школе (3-е изд., 1938 г.).
4) А. Покровский, Оборудование физического кабине-
та. Пособие для преподавателей физики в средней школе
(1933 г., стр. 84).
Книга в сжатой форме излагает описание наиболее рацио-
нального, продуманно отобранного оборудования физического
кабинета и набора основных приборов. Для начинающего препо-
давателя ценен перечень приборов и наиболее нужных материа-
лов для физического кабинета полной средней школы.
5) Институт политехнического обра-
зования. Оборудование лаборатории по физике в средней
школе. Пособие для учителей (1934 г., стр. 63).
Кратко изложенный коллективный труд, в котором участво-
вали Д. Д. Г а л а н и н, Г. В. Г р о ш е в о й, С. И. И в а н о в,
И. Н. П о к р о в с к и й, А. И. С а м г и н под общим руковод-
ством проф. А. Г. Калашникова, разбит на четыре час-
ти. Первая заключает принципиальные положения, определяю-
щие характер оборудования и методы его использования. Вторая
часть посвящена обоснованию нормального плана организации
и оборудования физической лаборатории. Третья часть даёт те-
матический список приборов по физике с указанием, как их ис-
пользовать при демонстрациях и лабораторных занятиях. Чет-
вёртая часть касается вопросов практической организации фи-
зической лаборатории и её содержания в порядке.
II. Постановка демонстрационных опы-
тов и лабораторных работ.
6) Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарко в,
А. В. Павша, Д. И. Сахаров, Физический эксперимент
в школе Издание по плану обнимает 8 томов объёмом около 30
печатных листов каждый и представляет собой своеобразную эн-
циклопедию, дающую технику и методику постановки всевоз-
можных физических опытов (демонстраций) и лабораторных ра-
бот, которые могут быть проведены в полной средней школе.
Описание каждого из опытов содержит несколько вариантов, на-
чиная с наиболее примитивного и кончая сложными установками,
§ 74
521
выходящими за пределы обычных классных занятий и даже иног-
да за пределы средней школы; такие опыты рассчитаны или на са-
мого преподавателя, или на особо интересующихся учащихся;
большой экспериментальный материал может быть извлечён пре-
подавателем для демонстраций в кружках.
В свет вышло 6 томов, которые содержат:
Том 1. Оборудование физического кабинета. Ремесленные на-
выки (см. книгу 1).
Том II (1935 г., стр. 356). Измерения. Механика. Колебания
и волны. Сопротивление материалов.
Том III (1936 г., стр. 353). Электрическая цепь. Электриче-
ские измерения. Закон Ома. Работа и мощность тока. Тепловые
действия тока. Электролиз. Магнетизм.
Том IV (1936 г., стр. 287). Электромагнетизм. Превращение
электрической энергии в механическую. Электромагнитная ин-
дукция. Разряд в газах. Электростатика.
Том V (1938 г., стр. 472). Переменный однофазный и трёх-
фазный ток. Ёмкость и самоиндукция. Выпрямители. Колеба-
тельный контур и токи высокой частоты. Элементы радиотехни-
ки. Передатчики и приёмники.
Том VI (1941 г., стр. 447). Акустика. Оптика. Фотоэффект.
Телевидение.
7) Н. С. Д р е н т е л ь н, физические опыты в начальной шко-
ле (1913 г., стр. 280) (3-е изд., 1924 г.).
В этой замечательной книге, являющейся обобщением упор-
ного и долголетнего опыта выдающегося русского методиста,
приведено описание большого числа физических экспериментов
для начального курса физики. Несмотря на краткость изложения,
даны почти исчерпывающие указания, обеспечивающие успех экс-
перимента, воспроизводимого с самыми простыми средствами.
Книгу следует горячо рекомендовать преподавателю физики.
8) В. В. Л е р м а н т о в, Методика физики для преподава-
телей средней школы (1935 г., стр. 140).
Интересная по высказываниям автора и своеобразная по харак-
теру изложения книга крупного методиста-физика Лерман-
т о в а вышла в свет в 1907 г. под заглавием «Методика физики
и содержание приборов в исправности» и, как показывает за-
главие, состоит из двух почти самостоятельных частей. В издании
1924 г. первая часть была выпущена, хотя и весьма интересная
по оригинальным мыслям автора, но мало применимая в совет-
ской школе. Издание 1935 г. полностью передаёт начальный текст.
Для преподавателя физики представляют большую ценность
практические советы автора по успешному осуществлению класс-
ных опытов, по хранению приборов и уходу за ними, исправле-
нию приборов и по лабораторным навыкам и поделкам.
9) и 10) Нельзя не отметить существование двух сборников,
объединяющих опыт и конструктивные предложения весьма боль-
522
§ 74
того числа методистов и преподавателей физики и литературных
источников. Эти два сборника следующие:
А б р а г а м, Сборник элементарных опытов по физике.
В русском переводе с французского были изданы — I часть в 1909 г.
(стр. 272) и II часть в 1910 г. (стр. 496).
Швальбе-Ганн (В. Schwalbe— Н. Hahn, Frei-
handver suche).
Заглавие трудно переводимо и может быть приблизительно
выражено словами: «Собственноручные опыты». Известны три то-
ма этой книги: I (стр. 259, опытов 445). Практические советы.
Меры и измерение. Механика твёрдых тел. II (стр. 431, опытов
707). Свойства жидкостей и газов. III (стр. 405, опытов 738). Свет.
Первый том выходил в русском переводе в издании журнала «фи-
зик-любитель», но является библиографической редкостью.
Характерной особенностью этих двух сборников, придаю-
щей им особую ценность, является то обстоятельство, что книги
содержат описания громадного числа опытов и самостоятельных
наблюдений и исследований, выполняемых при помощи самых
простых приборов и установок из предметов домашнего обихода.
И) Д. Д. Галанин, Демонстрации и лабораторные рабо-
ты по физике в неполной средней школе (1936 г., стр. 104).
После весьма краткого (10 стр.) изложения основного обору-
дования физической лаборатории идёт список приборов для де-
монстраций; описания 165 опытов и 19 лабораторных работ
и практические указания по их осуществлению в 6 и 7 классах.
12) В. А. 3 и б е р, Ф. Н. К р а с и к о в и И. А. Ч е л ю с т-
к и н, Методика и техника демонстрационных опытов по физике
(1934 г., стр. 208).
В книге даётся описание того минимума демонстрационных
опытов по физике, без которого, по мнению авторов, невозможно
поставить в средней школе более или менее нормальное препода-
вание. Описываются преимущественно упрощенные постановки
опытов, на самодельных приборах, легко осуществимых в школе.
13) А. Б. Якобсон, Опыты и наблюдения по физике и хи-
мии. Две книги (1926 и 1929 гг., стр. 160—(—184).
Сверх перечня и сжатого описания опытов и самостоятельных
наблюдений в книге указаны необходимые приборы и материалы
и даны советы по монтажу и сборке приборов и установок. При-
ведены вопросы для самостоятельного решения учащимися.
14) П. А. Знаменский, Лабораторные занятия по фи-
зике в средней школе. В двух выпусках (1934 г., стр. 578).
Книга отличается разнообразием и обилием предлагаемых
опытов для лабораторных занятий по физике. Особую ценность
представляют работы для самостоятельного воспроизведения их
учащимися, нередко вне класса и в домашней обстановке.
15) П. А. Знаменский, Лабораторные занятия по фи-
зике. Пособие для учителей (1930 г., стр. 195).
§ 74
523
Эта книга является продолжением и дополнением к предыду-
щей, так как она излагает практические указания по организа-
ции и постановке лабораторных занятий, по оборудованию ла-
боратории, содержит перечень необходимых приборов и материа-
лов и даёт методику и технику постановки лабораторных работ.
16) В. Н. Б а к у ш и н с к и й, Организация лабораторных
работ по физике в неполной средней школе (часть 1) и в средней
школе (часть II) (1940 и 1946 гг., стр. 68—(—124).
Автор даёт подробное описание лабораторных работ (11 для
6 класса; 15 для 7 класса; 12 по механике; 10 по теплоте и 10 по
электричеству и оптике) с указанием всех предосторожностей и
недоразумений, которые могут возникнуть в процессе выполне-
ния работы. Характерной особенностью и вместе с тем достоин-
ством книги являются два нововведения автора — это, во-первых,
предварительный анализ лабораторных работ и, во-вторых, по-
дробный разбор возможных ошибок прибора и ученика при вы-
полнении работы и отсюда выяснение точности результата.
Применяемые приборы очень просты и в большинстве случаев
представляют собственные конструкции автора.
17) В. А. Фетисов, Физический практикум, изд. Москов-
ского городского института усовершен. учителей (1946 г., стр. 84).
Автор описывает опыт по организации лабораторных занятий
в 8—10 классах 504-й школы гор. Москвы и приводит образцы
инструкционных карт-руководств, даваемых учащимся на руки при
занятиях. Опытный преподаватель нового в книге не встретит.
III. Внеклассный эксперимент.
При подборе физических опытов для кружковых занятий и
вечеров занимательной физики могут помочь следующие книги:
18) Том Тит, Научные развлечения. (Пер. с франц. Arthur
Goud — Т о m Т i t, La science amusante) (1937 г., стр. 365.)
19) Донат, Физика в играх для юношества (1924 г., стр. 276).
20) Бойс, Мыльные пузыри (1919 г., стр. 192).
21) Я. И. Перельман, Занимательная физика. Две кни-
ги (12-е изд., 1935 г., стр. 234-|—255).
22) Я. И. Перельман, Занимательная механика (1935 г.,
стр. 240).
23) К. Е. В е й г е л и н, Занимательная авиация (1928 г.,
стр. 131).
24) В. В. Рюмин, Занимательная электротехника на дому
1927 г., стр. 143).
IV. Главучтехпром к выпускаемым им приборам прилагает
специальные брошюры- инструкции, составляемые фи-
зиками-методистами (Галанин, Двинянинов, Жар-
ков, Павша, Сахаров и др.). Необходимо настоятель-
но рекомендовать преподавателям пользоваться такими бро-
шюрами. В них преподаватель прежде всего найдёт описание
прибора и познакомится с его устройством, с приёмами его
524
§ 74
налаживания, с постановкой опыта и уходом за ним. Осо-
бо важное значение имеют такие описания для сложных приборов.
V. В прежних и современных учебниках по физи-
к е заключён обширный методический материал по школьному
физическому эксперименту. Именно из учебников преподаватель
может сравнить разнообразные приёмы демонстраций и методи-
ческие точки зрения различных авторов. Учебниками, которые
можно использовать с указанной целью, являются:
А. В. Цингер, Начальная физика.
Д. И. Сахаров, Физика. Учебник для школ взрослых
(1938 г.).
Д. И. Сахаров, физика. Учебник для педагогических
училищ (1946 г.), а также Рабочие книги по физике для 5, 6 и 7-го
годов обучения, отжившие свой век по методике изложения пред-
мета, но сохранившие своё значение в отношении разработки
экспериментов; таковы книги авторов: Бачинского (1927 —
1928 гг.), Горячкина (1930—1931 гг.), Н е мы то в а
(1930 г.), Фалеева (1930 г.), Ц и н г е р а (1^30—1931 гг.).
ОГЛАВЛЕНИЕ
П редислов не автора
Стр.
3
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.
ФИЗИЧЕСКИЙ КАБИНЕТ СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЫ.
Глава первая. Основные положения методики и техники физического
эксперимента в семилетней школе
§ 1. Классификация школьного физического эксперимента........... 9
§ 2. Взаимоотношения методики и техники физического эксперимента. 11
| 3. Демонстрационный эксперимент...............................13
$ 4. О лабораторной культуре....................................21
§ 5. О технике безопасности.....................................23
Глава вторая. Оборудование физического кабинета.
§ 6. Помещение и мебель........................................ 25
1. Состав физического кабинета. 2. План кабинета. 3. Шкапы для
хранения приборов и материалов. 4. Столы. 5. Оборудование
места для проведения демонстраций. 6. Демонстрационный стол.
7. Классная доска. 8. Экран. 9. Стол для проекционного фонаря.
§ 7. Специальное оборудование физического кабинета и лаборатории. 35
1. Виды специального оборудования. 2. Водопровод и канализация.
3. Проводка газа. 4. Затемнение. 5. Освещение. 6. Электрообо-
рудование.’ 7. Ввод тока в препаровочную. 8. Распределитель-
ный щит в лаборатории. 9. Щит для зарядки аккумуляторов.
§ 8. Мастерская..................................................49
1. Назначение мастерской. 2. Организация рабочего места.
§ 9. Библиотека..................................................51
Глава третья. Физические приборы.
§ 10. Классификация физических приборов...........................52
§ 11. Обеспечение видимости демонстраций..........................53
1. Проверка видимости демонстраций. 2. Особенности демонстра-
ционных приборов. 3. Повышение демонстрационности приборов.
4.Окрашивание жидкостей. 5. Применение дыма. 6. Расположение
приборов при демонстрациях. 7. Значение фона. 8. Освещение
и подсвет.
§ 12. Подсобные приборы..........................................62
1. Назначение и виды подсобных приборов. 2. Таганы и лабора-
торные штативы. 3. Рамы. 4. Подставки. 5. Подъёмные столики.
6. Угловые панели. 7. Экраны для создания фона. 8. Осветители.
9. Наклонное зеркало. 10. Дымарь.
§ 13. Проекционные приборы.......................................70
1. Назначение проекторов. 2. Типы проекционных приборов.
3. Диаскоп. 4. Эпископ. 5. Проекционный фонарь с оптической
скамьёй. 6. Источники света для проекционных фонарей.'
7. Вольтова дуга. 8. Осветительные лампы. 9. Кинопроекционная
лампа в 300 W. 10. Лампа в 500 W для эпидиаскопа. И. Кино-
проекционная лампа е на 12 V. 12. Включение ламп для
проекционных фонарей. 13. Центрирование света. 14. Кар-
бидная (ацетиленовая) лампа. 15. Уход за проекционными
приборами.
§ 14. Технические модели........................................ 87
1. Назначение и виды моделей. 2. Паровые машины и парораспре-
делительные механизмы. 3. Двигатель внутреннего сгорания.
4. Водяные турбины. 5. Водяные насосы. 6. Разные модели.
526
§ 15. Измерительные приборы.................................... 98
1. Виды измерительных приборов. 2. Аптекарские весы. 3. Весы
Беранже. 4. Весы демонстрационные. 5. Весы технические.
6. Ги0и и разновес. 7. Динамометры. 8. Термометры. 9. Типы элек-
трических измерительных приборов. 10. Обозначения на
электрических приборах. И. Вольтметры и амперметры. 12. Де-
монстрационный универсальный гальванометр
§ 16. Приборы для лабораторных работ...........................112
1. Перечень приборов для лабораторных работ. 2. Хранение, ла-
бораторных приборов и подвижной фонд.
§ 17. Источники электрического тока............................115
1. Виды источников электрического тока. 2. Аккумуляторы щелоч-
ные и кислотные. 3. Сравнительные данные кислотных и щелоч-
ных аккумуляторов. 4. Аккумуляторы для школы и их монтаж.
5. Типы гальванических элементов. 6. Элементы с хро-
мовой жидкостью. 7. Элементы Лекланше. 8. Алюминиевый вы-
прямитель. 9. Купроксный выпрямитель. 10. Преобразователь
трёхфазного тока в постоянный.
§ 18. Нагревательные приборы...................................127
1. Виды источников теплоты. 2. Газовые горелки. 3. Керосино-
вые горелки. 4. Спиртовые горелки. 5. Электрические нагрева-
тельные приборы. 6. Жаровня.
§ 19. Хранение приборов........................................134
1. Расстановка приборов в шкапах. 2. Инвентаризация приборов.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 20. Методические указания студентам о работах в практикуме по
методике и технике физического эксперимента....................141
Глава четвёртая. Проектирование на экран диапозитивов и приборов.
§ 21. Диаскопическое проектирование диапозитивов...............143
1. Методические замечания. 2. Диапозитивы. 3. Опыт I. Центриро-
вание света в проекционном фонаре школьного типа. 4. Опыт 11.
Центрирование света в малом проекционном фонаре и в опти-
ческой скамье. 5. Опыт 111. Проектирование на экране диапо-
зитивов. 6. Опыт IV. Изучение проекционного фонаря и экрана.
§ 22. Эпископическое проектирование. 1. Опыт 1. Центрирование
света в эпископе и проектирование картин.......................149
§ 23. Диаскопическое проектирование приборов...................150
1. Методические замечания. 2. Опыт I. Капилляры. 3. Опыт II.
Выделение металла на катоде при электролизе.
§ 24. Теневое проектирование...................................153
1. Принцип теневого проектирования. 2. Источник света.3. Объек-
ты для теневого проектирования. 4. Установка для теневого про-
ектирования. 5. Опыт I. Движение проводника в магнитном поле.
6. Опыт II. Восходящие потоки горячего воздуха. 7. Опыт III.
Наблюдение паров эфира. 8. Опыт IV. Магнитные спектры.
9. Опыт V. Колебательное движение ветвей камертона.
Глава пятая. Демонстрационные опыты по простейшим физическим
измерениям.
§ 25. Измерения длины, объёма и веса..........................161
§ 26. Силы и их измерения.....................................163
527
Глава шестая. Демонстрационные опыты по свойствам твёрдых, жидких
и газообразных тел.
§27. Свойства твёрдого тела....................................166
§ 28. Свойства жидкости..........................................168
§ 29. Закон Архимеда для жидкостей и газов.......................177
§ 30. Свойства газов............................................189
§ 31. Воздушные насосы..........................................202
§ 32. Молекулярные явления......................................218
Глава седьмая. Демонстрационные опыты по механике,
§ 33. Виды движения. Инерция. Трение............................224
§ 34. Работа и анергия. Простые механизмы.......................231
Глава восьмая. Демонстрационные опыты по теплоте.
§ 35. Нагреватели и посуда.......................................240
1. Источники теплоты. 2. Посуда и правила пользования ею. 3. На-
гревание и кипячение воды в толстостенной стеклянной посуде.
§ 36. Расширение тел от нагревания...............................243
§ 37. Передача теплоты...........................................251
§ 38. Количество теплоты. ..................................... 269
§ 39. Изменение состояния вещества..............................270
§ 40. Тепловые машины............................................278
Глава девятая. Демонстрации по электричеству.
§ 41. Меры к предохранению приборов от гибели....................279
1. Причины гибели приборов и перегорания проводов. 2. Правила
составления цепи. 3. Недостатки в изоляции. 4. Нормы напря-
жения и тока для приборов. 5. Приборы постоянного и перемен-
ного тока. 6. Назначение обозначения полюсов.
§ 42. Электростатика.............................................287
§ 43. Электрическая цепь. Реостаты..............................299
1. Методические замечания. 2. Обзор опытов по теме: «Действия
электрического тока». 3. Обзор опытов по теме: «Электрическая
цепь». 4. Типы реостатов. 5. Проволочные реостаты с движком.
6. Расчёты при включении проволочных реостатов. 7. Ламповый
реостат. 8. Водяной реостат.
§ 44. Превращения химической энергии в электрическую и обратно. . 305
§ 45. Измерительные приборы. Законы электрического тока..........315
§ 46. Тепловые действия тока.....................................331
§ 47. Магнетизм..................................................341
§ 48. Электромагнетизм...........................................350
§ 49. Движение проводника в магнитном поле. Электромоторы. . . . 364
§ 50. Электромагнитная индукция..................................377
§ 51. Переменный ток.............................................391
Глава десятая. Демонстрации по оптике и акустике.
§ 52. Общие замечания к опытам но оптике.........................400
§ 53. Распространение света......................................402
§ 54. Отражение света............................................405
§ 55. Преломление света..........................................412
§ 56. Дисперсия света. Цвета тел.................................422
§ 57. Акустика. .................................................432
528
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
Глава одиннадцатая. Методические замечания к лабораторным работам.
§ 58. Об использовании результатов лабораторных работ..........438
§ 59. Ошибки при измерениях и их влияние на вычисления.........441
1. Виды ошибок при измерениях. 2. Ошибки учащихся при отсчё-
тах. 3. Вычисления при решении задач.
§ 60. О выполнении студентами лабораторных работ................449
1. Подготовка и выполнение работы. 2. Инструкция и форма записи.
Глава двенадцатая. Лабораторные работы по основным измерениям.
§ 61. Лабораторные работы: Измерение длин.......................451
§ 62. Лабораторные работы: Измерение площадей и объёмов.........458
§ 63. Лабораторные работы: Взвешивание и определение удельного веса. 461
Глава тринадцатая. Лабораторные работы по механике.
§ 64. Лабораторные работы: Рычаг. Измерение динамометром........467
Глава четырнадцатая. Лабораторные работы по теплоте.
§ 65. Лабораторные работы: Графики температур..................473
§ 66. Лабораторные работы: Калориметрия........................476
Глава пятнадцатая. Лабораторные работы по электричеству.
§ 67. Лабораторные работы: Электрическая цепь..................481
§ 68. Лабораторные работы: Электрические измерения.............487
§ 69. Лабораторные работы: Магнетизм. Электромагнетизм.........495
Глава шестнадцатая. Лабораторные работы по оптике.
§ 70. Лабораторные работы: Отражение и преломление света.......500
§ 71. Лабораторные работы: Получение изображений с помощью линз. 505
Приложения.
§ 72. Зарядка аккумуляторов....................................509
§ 73. Ветросиловая школьная электростанция.....................516
§ 74. Список литературы по методике и технике физического эксперимента 518
Редакторе. Н. Жарков. Технические редакторы В.П. Рожин и Н. П.Цирульницкий.
Корректор 3. В. Шутова.
Подписано к печати 16/11 1948 г. А 01932.
Печатных листов 33 л. вклейки. Учетно-издат. л. 33,48 + 0,15 л. вклейки.
В 1 печ. листе 40 тыс.^гип. знаков. Цена 11 р. 20 коп.
Отпечатано в типографии Т-4 с матриц 1-й Образцовой типографии треста «Полиграф-
книга» Огиза при Совете Министров СССР. Москва, Валовая, 28.
Школьные учебники (((Р
SHEBA.SPB.&U/SHKOLA