/
Author: Юфанова И.Л.
Tags: методика преподавания учебных предметов в общеобразовательной школе физика занимательная физика книга для учителя внеклассная работа
ISBN: 5-09-001836-7
Year: 1990
Text
ИЛЮФХ1НОВ/1
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
И.ПЮФ/1НОВ/1
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ
ВЕЧЕРА
ПН ФИЗИКЕ
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
КНИГА
ДЛЯ УЧИТЕЛЯ
Москва
ПРОСВЕЩЕНИЕ-
1990
ББК 74.265.1
Ю93
Рецензенты:
кандидат педагогических наук, доцент Л. А. Иванова;
учитель-методист московской средней школы № 293 А. И. Митин
Юфанова И. Л.
Ю93 Занимательные вечера по физике в средней школе:
Кн. для учителя.— М.: Просвещение, 1990.— 159 с.: ил.—
ISBN 5-09-001836-7
В книге рассказывается об одной из форм внеклассной работы учи-
теля физики — проведении физических вечеров.
В ней приводятся методические рекомендации по подготовке и про-
ведению вечеров ио физике, а также сценарии к отдельным вечерам.
Большое внимание при этом уделяется развитию инициативы и творче-
ских способностей школьников.
4306010000—244
Ю '
103(03)—90
133—90
ББК 74.265.1
ISBN 5-09-001836-7
© Юфанова И. Л., 1990
ПРЕДИСЛОВИЕ
Внеурочная работа — это обязательное звено учебно-воспита-
тельного процесса. Среди ее разнообразных форм физические ве-
чера занимают видное место. Они могут быть разными по тема-
тике, содержанию и организации. В предлагаемом пособии основ-
ное внимание уделяется игровой форме физических вечеров, ко-
торые проводятся как соревнование между двумя командами
одного или двух классов. Цель этих вечеров — в увлекательной
форме расширить и углубить знания, полученные на уроках, по-
казать их широкое использование в жизни, пробудить в учащих-
ся стремление к творчеству, помочь им это творчество проявить,
выработать у них умение быстро мыслить, а затем свои мысли
кратко излагать, проявлять находчивость в трудных ситуациях.
Тот или иной вечер должен стать как бы заключительным эта-
пом в изучении соответствующей темы.
Книга состоит из двух частей. В первой подробно описывает-
ся структурная форма вечеров-соревнований, приводятся методи-
ческие рекомендации по их подготовке и проведению. Вторую
часть книги составляют сценарии вечеров, посвященных отдель-
ным темам учебной программы. В этой части представлены семь
вечеров. Три вечера предлагаются по темам «Основы кинемати-
ки», «Основы динамики» и «Законы сохранения»; два вечера —
по темам «Молекулярная физика» и «Электродинамика»; два ве-
чера посвящены применению электромагнитных волн в диапазо-
нах радио- и световых волн.
Структурно книга построена следующим образом. Каждому
вечеру посвящен отдельный раздел. Представленный в нем мате-
риал позволяет путем конкурсных заданий решать общеобразо-
вательные и воспитательные задачи. Кроме того, в разделах при-
водятся программы вечеров, рекомендации по подготовке и орга-
низации конкурсов, приводятся задания для двух соревнующихся
команд и оценочные баллы. Полностью даются оригинальные ма-
териалы в виде сказок, рассказов, интервью, пьес. Эти тексты
содержат вопросы, которые выступающие задают зрителям. На
все конкурсные задания даны подробные решения.
Автор выражает искреннюю благодарность учителям школы
№ 61 Москвы за помощь в подготовке вечеров и студентам физи-
ческого факультета МОПИ им. Н. К. Крупской, которые во вре-
мя педагогической практики в этой школе участвовали в подго-
товке и проведении предлагаемых в пособии конкурсов.
г
ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ
ЗАНИМАТЕЛЬНЫХ ВЕЧЕРОВ ПО ФИЗИКЕ
Физические вечера—распространенный вид внеурочной рабо-
ты. Их форма и тематика могут быть самыми разнообразными,
В последнее время широкое распространение получили вечера по
физике, проводимые в форме соревнований. Примером тому мо-
гут служить вечера-конкурсы веселых и находчивых — так назы-
ваемые КВН, которые пришли в нашу школьную жизнь с экранов
телевизоров и до сих пор являются популярной развлекатель-
ной передачей для молодежи. Методика организации и проведе-
ния вечеров но физике в форме КВН была описана И. Я. Лани-
ной в книге «Внеклассная работа по физике» и в книге под редак-
цией О. Ф. Кабардина «Внеурочная работа по физике». В своей
практике мы проводим такие вечера, закапчивая изучение какой-
либо темы; конкурсные задания составляем в основном по этой
теме. Такие вечера, являясь одновременно развлекательными и
тематическими, имеют большую познавательную ценность.
При подготовке и во время проведения вечера, а также при
обсуждении его итогов можно решить целый комплекс общеобра-
зовательных и воспитательных задач, как, например, расширить
и углубить знания по данной теме, показать разнообразие исполь-
зования физических знаний на практике и в повседневной жизни,
помочь ученику найти дорогу к научным и техническим идеям,
воспитать устойчивый интерес к физике, научить его работать са-
мостоятельно.
Организация и подготовка физического вечера оказывают на
учащихся огромное воспитательное воздействие, формируют у них
чувство коллективизма, умение отстаивать свои убеждения, обо-
сновывать свою точку зрения по тем или другим вопросам. Здесь
учащиеся могут глубже познакомиться с выдающимися достиже-
ниями отечественной науки и техники в отдельных отраслях на-
родного хозяйства, с биографиями крупнейших ученых и изобре-
тателей, внесших большой вклад в развитие мировой науки и
техники.
Приводимые в данной книге разработки должны помочь учи-
телю правильно направить выдумку и фантазию ребят.
Остановимся на вопросах организации и методики проведения
вечеров-состязаний по физике.
4
Подготовка вечера
Как уже отмечалось, вечер физики имеет большое познава-
тельное и воспитательное значение, но достигнуть желаемого
эффекта в этом можно только тщательной подготовкой, которую
рекомендуем проводить по трем направлениям.
1. Организация подготовки вечера: составление команд и вы-
бор капитанов; подбор жюри, а также назначение ведущего и
его помощников.
2. Разработка программы и содержания вечера в соответствии
с общеобразовательными и воспитательными задачами.
3. Подготовка капитанов, членов команд, жюри и зрителей,
где последние выступают в новом качестве, т. е. болельщиками, и
при активном участии в конкурсах могут добавить своей коман-
де дополнительные очки.
Рассмотрим каждое направление подробнее.
Организация подготовки вечера. Физические вечера предла-
гаем проводить в виде соревнований двух команд при активном
участии зрителей. Эффективность такого вечера значительно воз-
растает, если эти команды выступают от стабильных, укомплек-
тованных коллективов учащихся, связанных узами дружбы и
взаимовыручки. Такими качествами, как правило, обладает кол-
лектив класса. Если в школе есть два параллельных класса, то
команды комплектуются внутри каждого из них. Опыт работы
показал, что в этом случае состав каждой команды не должен
превышать восьми человек. Если в школе отсутствуют парал-
лельные классы, то класс делится на две равные группы (по ин-
тересам или, в крайнем случае, по списку в классном журнале:
четные номера —одна группа, нечетные номера — вторая груп-
па). Каждая группа составляет команду из пяти человек. Если
параллельных классов в школе более двух, то каждый класс на
своем собрании выбирает так участников состязания, чтобы каж-
дая команда состояла из десяти учащихся. Введенный в команду
ученик сам выбирает себе дублера. По правилам игры дублер в
трудной ситуации помогает своему товарищу. Это помогает Под-
держивать боевой темп вечера и не создавать длинных пауз, ко-
торые значительно снижают внимание зрителей.
Если в школе проведение физических вечеров становится тра-
дицией, то необходимо сохранить соревнующиеся коллективы, но
составы команд можно менять. Итак, команды созданы и каждая
выбирает своего капитана; им должен, быть ученик, знающий фи-
зику, падежный товарищ, пользующийся авторитетом учащихся,
и хороший организатор. На него возлагается продолжительная и
ответственная работа по подготовке соревнования и во время его
проведения. Капитан несет ответственность за участие в соревно-
вании команды и своих болельщиков. Чтобы не снижать у капи-
тана чувство ответственности и чтобы он не перекладывал забо-
ты организации соревнования на других учащихся, капитану не
назначается дублер.
5
Каждый коллектив назначает помощника для подготовки со-
стязания. В его обязанность входит подготовка реквизита и об-
служивание участников во время соревнования.
Если с выбором капитанов не бывает затруднений, так как в
классе всегда находится один-два ученика, обладающие настоя-
щими бойцовскими качествами, то с определением состава жюри
положение оказывается значительно сложнее. Казалось бы, что в
состав жюри надо вводить учащихся, отлично успевающих по
физике, но это значительно оголяет команды; поэтому в жюри
рекомендуем выбирать не лучших физиков, а тех учеников, кото-
рые обладают обостренным чувством справедливости. Учитель
должен подготовить этих учеников по вопросам конкурсов.
Также в состав жюри можно включить учащихся старших
классов, выпускников школы, обучающихся в институтах, пред-
ставителей от администрации, учителей других предметов, пио-
нервожатого, библиотекаря, родителей учащихся, специалистов с
промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Внимание
этих людей к школьным делам повышает ответственность участ-
вующих в соревновании. С составом жюри команды следует по-
знакомить заранее, чтобы стимулировать подготовку учащихся к
вечеру.
Участие в конкурсе жюри оценивает баллами, исходя из за-
ранее объявленных условий; при этом следует учитывать слож-
ность вопроса, глубину и правильность ответа. Ученик, досрочно
сформулировавший ответ, заслуживает похвальных баллов. Жю-
ри при оценке необходимо учитывать остроумие, находчивость и
юмор исполнителей, а также вести общий подсчет баллов, выве-
шивая итоги на специальном табло, определять и награждать
победителей в командном зачете.
Обучающее значение тематических вечеров-состязаний значи-
тельно усиливается, если не только объявлять баллы как резуль-
таты участия в конкурсах, но и комментировать принятые реше-
ния. Нужно уметь разъяснить зрителям, какие неточности допу-
стил ученик при ответе, дать правильный ответ. Такую информацию,
как правило, внимательно выслушивают и хорошо воспри-
нимают все присутствующие школьники, и это способствует луч-
шему усвоению физических знаний, что особенно полезно для
слабоуспевающих учеников, если они по каким-либо причинам не
усвоили данный материал. Внимание к ответам своих товарищей,
а также сопереживание с ними заставляет ребят вдуматься в эти
объяснения.
Каждый конкурс комментирует один из членов жюри. Они рас-
пределяют все конкурсные вечера между собой и к своему вы-
ступлению тщательно готовятся заранее, т. е. читают соответ-
ствующую литературу, консультируются у учителя физики и т. д.
За подготовку членов жюри несет ответственность учитель.
Отсутствие в оценке конкурсов веских аргументированных
объяснений сильно уменьшает познавательную эффективность
физического вечера.
6
Руководить вечером должен только учитель физики, так как
именно он определяет цель вечера и знает, какие конкретные-за-
дачи должны быть на этом вечере решены, знает сценарий, осо-
бенности и трудности каждого конкурсного задания. И особенно
важно то, что именно учитель должен хорошо знать своих учени-
ков (членов команды, дублеров, зрителей), владеть их внима-
нием. Если отвечающий ученик замолчал и учитель понимает, что
это безнадежно и надолго, то ему следует быстро обратиться за
помощью к дублеру.
Разработка содержания и программы вечера. Программа ве-
чера комплектуется из восьми или десяти конкурсов с многооб-
разными и интересными формами деятельности: из демонстрации
опытов, которые соперники по ходу действия и объясняют; вы-
полнения рисунков и чертежей; просмотра инсценировок, в ходе
которых выступающие задают зрителям вопросы; чтения отрыв-
ков из стихов и песен; исполнения танцев; выполнения спортив-
ных упражнений; прослушивания репортажей, записанных на
магнитную пленку; выступлений с сообщениями, которые сопро-
вождаются демонстрацией опытов или небольшими сценками;
проведения пресс-конференций; решения качественных и экспе-
риментальных задач; демонстраций проявления физических зако-
нов в различных ситуациях; проведения викторин, в том числе и
электровикторин. Число участников в конкурсе определяется кон-
курсным заданием. Исполнителем может быть один ученик, на-
пример капитан команды (этот конкурс так и называется конкурс
капитанов), или все присутствующие на вечере (этот конкурс
называется большой конкурс зрителей). Конкурсные вопросы мо-
гут задавать члены соревнующихся команд или ведущий, как,
например, в традиционном для всякого КВН конкурсе разминка.
С другой стороны, вид и форма конкурсного задания зависят
от того, для кого предназначен этот конкурс. Рассмотрим для при-
мера два конкурса: конкурс зрителей и конкурс капитанов.
Конкурс зрителей, т. е. конкурс болельщиков,— один из самых
оживленных и веселых. Задания для него подбирает учитель фи-
зики. Они должны быть такими, чтобы учащиеся при их выполне-
нии не покидали своих мест, например чтение отрывков из стихо-
творений и исполнение куплетов песен, в которых встречаются
физические явления; изучение азбуки Морзе и с ее помощью
передача другой команде отдельных слов и фраз; распознавание
условных обозначений различных элементов электрических цепей;
поездка в автобусе «Инерция», во время которой надо показать,
как меняет свое положение человек, не контролирующий позу от-
носительно стула, в соответствии с характером движения. Нужно
найти способы, чтобы сделать исполнения заданий веселыми и
красочными. Так, изменение положения тела при поездке в авто-
бусе «Инерция» лучше демонстрировать с помощью воздушных
разноцветных шаров, а передачу фраз азбукой Морзе — хлопая
в ладоши, песни о физических явлениях — петь хором. Задания
этого конкурса не должны быть сложными: ведь их должны вы-
7
поднять все зрители, чтобы присутствующие на вечере не стали
скучными и пассивными наблюдателями.
К заданиям для капитанов надо предъявить особые требо-
вания.
Капитан — личность неординарная, поэтому должен показать
себя в конкурсе не только учеником, хорошо владеющим знания-
ми по физике, но и человеком находчивым, сообразительным,
веселым и с большим чувством юмора. Для этого надо поставить
капитанов в необычные экстремальные условия: послать на Лу-
ну, предложить прогуляться с собачкой на металлической цепоч-
ке во время грозы, рассмотреть окружающий мир глазами живот-
ных. Капитаны должны получить оригинальные задания: напри-
мер, разыграть с соперником дуэль на мячах, рассказать
продолжение истории «Лунного камня», нарисовать изображение
своего противника в выпуклом зеркале. Необычность условий и
нетипичность заданий не должны заслонять их физической сущ-
ности. В задачах для капитанов речь должна идти не об идеали-
зированных телах или системах, упрощенных до такой степени,
что не видна их связь с реальным миром, а надо отобрать задачи,
которые непосредственно связаны с реальными объектами и
явлениями, и те, решение которых позволит обсудить интересные
вопросы современной физики и техники.
В конкурсе «Дуэль на мячах» капитаны расходятся и, ста-
раясь идти равномерно и медленно, перемещаются навстречу
друг другу, перебрасываясь мячами так, чтобы они летели гори-
зонтально и равномерно. Победит тот, кто поймает все брошен-
ные ему мячи и объяснит, как рассчитать путь, который пролетел
мяч от начала «дуэли» до встречи «дуэлянтов», если пренебречь
временем пребывания мяча в руках.
На вечере по электродинамике в конкурсе капитанов «Жизнь
среди молний» устанавливают декорации: одинокое дерево в сте-
пи; грозовое небо, пронзенное молниями; идет дождь. Каждый
капитан получает яркий раскрытый зонтик с металлическим на-
конечником и игрушечную собачку на металлической цепочке,
сделанной из канцелярских скрепок, а затем отвечает на постав-
ленные ему вопросы.
Традиционными для КВН являются конкурсы, в которых
команды отчитываются о выполнении домашних заданий. Таких
конкурсов на каждом вечере проводится три: литературный, экс-
периментальный и оригинальный. В подготовке к этим конкурсам
участвуют все учащиеся независимо от того, войдут они в состав
команды или нет.
Для литературных конкурсов учащиеся пишут небольшие раз-
нообразные по жанру произведения: рассказ или сказку, интер-
вью или отчет о пресс-конференции, небольшую пьесу, научную
статью или очерк. Их литературные герои, изучая окружающий
мир, встречаются в нем с проявлением тех или иных физических
законов, ведут беседы между собой о физических понятиях. По-
знавательная цель такого вида творчества следующая: привлечь
8
внимание учащихся к анализу физического мира; найти в нем
удивительное и объяснить увиденное на основе физических зако-
нов; научить учащихся смотреть, видеть и задумываться.
Увидеть в окружающем мире проблему для размышлений —
не простая задача. Учащимся в помощь предлагается литера-
тура.
В рассказах или сценариях обязательно должны быть описа-
ние физического явления и его применения, факультативные све-
дения об истории его изучения; обязательно должны быть вопро-
сы по физике и ответы на них. Характер вопросов зависит от
действующих лиц: например, с бароном Мюнхаузеном можно
поспорить о том, можно ли за волосы поднять себя из болота; у
космонавтов поинтересоваться тем, как выполняются законы фи-
зики в условиях невесомости; у Бабы Яги выяснить тип двигателя,
установленного на ступе — средстве ее передвижения.
Учащимся очень нравятся рассказы с сюжетами из школьной
жизни, где герои обсуждают вопросы физики.
Учащихся старших классов надо шире учить творчеству на
примерах жизни и деятельности ученых-физиков, анализируя про-
цессы больших открытий; поэтому сюжеты для домашних зада-
ний учитель должен связывать с биографиями известных физи-
ков, с историей каких-либо открытий и изобретений, с теми про-
блемами, по которым до сих пор ведутся дискуссии в научных и
популярных журналах. Это, в частности, природа шаровой мол-
нии, эффекты, связанные с полярными сияниями, парадоксы био-
энергетики и есть ли во вселенной другие цивилизации. Для
подготовки таких заданий учитель может рекомендовать книги
по истории физики, энциклопедическую и хрестоматийную лите-
ратуру, многочисленные книги серии «Мир знаний».
За месяц до начала физического вечера учитель сообщает со-
ревнующимся коллективам темы литературных конкурсов, кото-
рые должны соответствовать тематике вечера: например, для ве-
чера по кинематике подходит описание разнообразных путеше-
ствий, а вечер по динамике может быть украшен интервью с
бароном Мюнхаузеном, который, как известно, в своих рассказах,
не очень считался с физическими законами; к вечеру о механиче-
ской энергии и работе подходят рассказы о работе сил разной
физической природы.
Для вечеров на темы «Молекулярная физика» и «Основы
электродинамики» учащиеся пишут на основе изучения истории
физики очерки о жизни и деятельности ученых, изобретателей, об
их открытиях. Учитель литературы помогает авторам по выбран-
ному сюжету написать сценарии и отредактировать их.
Исполнителями назначаются учащиеся, имеющие опыт выступ-
ления в художественной самодеятельности. Репетиции проводят-
ся неоднократно, втайне от другой команды. Во время репетиций
ребята задают вопросы и отвечают на них. Чтобы литературные
выступления развились в дискуссии по физике, необходимо чет-
ко довести до зрителя физический смысл каждого вопроса. Вы-
0
ступающие должны знать краткий ответ на поставленный вопрос
и уметь комментировать его. Учитель физики во время репетиций
учит учащихся выделять интонацией главную мысль вопроса, по-
вторять его, когда смысл вопроса не понят зрителями.
В тексты домашних заданий для обсуждения можно вклю-
чать физические неточности. Ученики во время представления
должны их заметить и исправить. Фразу с ошибкой следует вы-
делить интонацией, и если ученики не замечают ошибки, что вид-
но по их реакции, то фразу повторяют еще раз с изменением в
ней порядка слов. Такое очень трудное и ответственное выступ-
ление нужно организовать так, чтобы до зрителей дошли допу-
щенные в диалогах физические неточности. В противном случае
спектакль приобретет отрицательный эффект.
Если учащиеся не смогли подготовить текст для выступления,
то учитель (не позже чем за три недели) может предложить им
варианты домашних заданий, имеющиеся в пособиях.
Занимательными представлениями, имеющими большое позна-
вательное значение, для остроумных и смекалистых ребят долж-
ны стать конкурсы, где зачитывают отчеты о выполнении домаш-
них заданий. Эти конкурсы должны быть самые продолжитель-
ные по времени.
Жюри оценивает работу обеих команд. Одна команда полу-
чает оценочные баллы за красочность, находчивость при испол-
нении, другая — за правильность, полноту ответов, активное уча-
стие всей команды в обсуждении этих ответов.
Не менее трудным, чем подготовка литературных конкурсов,
является выполнение домашнего экспериментального задания.
Два ученика от каждого класса, владеющие умением вести не-
принужденную беседу со зрителями и мастерством демонстрато-
ра, должны подготовить физические опыты по тематике вечера и
четко провести их. Присутствующие должны их объяснить. Если
зрители затрудняются ответить, объяснение дает сам демонстра-
тор, привлекая зрителей по ходу своего рассказа и строя свое
дальнейшее сообщение на основе ответов.
Опыты рекомендует учитель физики, которые он подбирает,
учитывая следующие требования:
— Опыт должен быть красивым, должен удивлять зрителей
своей эффектностью. Эффектные опыты привлекают внимание
учащихся и возбуждают у них ряд вопросов, которые затем сле-
дует обсудить.
— Важно обеспечить наглядность и выразительность опыта.
Размеры приборов и их расположение должны быть такими, что-
бы со всех мест можно было наблюдать показываемые физиче-
ские явления. Во время демонстрации для лучшей наглядности
необходимо использовать известные приемы: подсвет, фон, проек-
ционную аппаратуру.
— Опыт должен быть убедительным и понятным всем присут-
ствующим. Только в этом случае учащиеся смогут обсудить ре-
зультаты опыта и ответить на предложенные вопросы.
10
— Опыт должен быть надежным, при некоторой тренировке
он должен легко получаться с первого раза. В противном случае
опыт становится бесполезным, приводит к потере интереса не
только к этому конкурсу, но и ко всему вечеру в целом.
Сценически эффектны и очень забавны опыты-фокусы: «оста-
новка» движения при стробоскопическом освещении, наблюдение
инертных свойств тел, «перенос» предметов с помощью зеркал,
наличие поверхностной пленки воды.
Еще одно домашнее задание — это подготовка выступлений по
одной из тем «Физика и музыка», «Физика и спорт», «Физика и
медицина», «Физика и танцы», «Физика и быт». Для каждого кон-
кретного вечера учитель физики выбирает одну из названных тем.
Этот конкурс можно назвать оригинальным, потому что в нем
одинаково оцениваются физическая сущность доклада и его со-
провождение, т. е. выступление артистов с эстрадным номером,
иллюстрирующим идеи, изложенные в докладе.
Идею включить в вечер по физике такой оригинальный кон-
курс и его тему подсказал доклад известного советского физика
Я. И. Френкеля, с которым он выступил в Ленинградском физико-
технологическом институте и который затем был напечатан в
сборнике «Физики продолжают шутить» в 1968 г. Доклад называл-
ся «О квантовой теории танца». Как указывает автор, танцы
должны изучаться частью теоретической физики — механикой.
Далее автор исследует характер движений, выполняемых пара-
ми, с использованием понятий и законов квантовой механики.
Доклад иллюстрировался танцующей парой.
При подготовке вечера по динамике мы предложили учащим-
ся написать и выступить на вечере с докладом «Механическая
теория танца». Основные идеи сообщения надо было проиллюст-
рировать в танце. Результат превзошел все ожидания. Учащие-
ся, используя понятия и законы классической механики, дали
юмористическое описание популярных массовых танцев, весело
показали их, усиливая негативные стороны некоторых танцоров.
Их выступления прошли с большим успехом.
Так родился и остался в программах вечеров по физике ори-
гинальный конкурс.
Темы докладов менялись, и соответственно менялись иллюст-
рации к ним: например, на вечере по оптике ученики разыгрыва-
ли сценки посещения больными стоматолога и окулиста со всеми
вытекающими переживаниями и эмоциями. Докладчики расска-
зывали о тех зеркалах, которые данные врачи применяют при
лечении больных, и при этом объясняли, как правильно надо их
использовать: где расположить и как осветить.
На вечере, посвященном механической энергии и работе, уча-
щиеся выступили в роли спортивных комментаторов, которые вели
репортажи о прыжках в высоту с места и с разбега. В первом
докладе с помощью несложных расчетов сравнивалась сила мышц
ног, развиваемая при прыжке, и масса человека, которую можно
при этом поднять; во втором — энергия разбега и энергия прыж-
П
ка. Оба комментатора заканчивали свои сообщения полезными
советами.
Эти советы, опирающиеся на законы физики, помогают спорт-
сменам правильно распределять свои усилия для улучшения
спортивных достижений в прыжках. Доклад иллюстрировался
изменением положения тела при подготовке к прыжку и при его
выполнении (подобно замедленной киносъемке).
На вечере по теме «Электромагнитные волны» ученики рас-
сказывали и демонстрировали ускоренную и замедленную запись
звука на магнитную ленту, двойную и тройную запись без стира-
ния предыдущих, объясняли и показывали светомузыку. Под эти
фонограммы «солисты» пели голосами Буратино и популярных
артистов.
На вечере по кинематике слушали тексты о «зарытых кла-
дах» и искали их, а на вечере о строении веществ смотрели кол-
лективные упражнения с воздушными шарами, с помощью кото-
рых учащиеся демонстрировали статические и динамические мо-
дели молекулярных структур льда, воды и водяного пара в
атмосфере.
Эти веселые эстрадные представления помогают поддерживать
па вечере праздничную атмосферу; учащиеся готовят их с боль-
шим настроением и, как показывает опыт, проявляют максимум
творчества, сил и энергии. Учитель только консультирует, на-
правляет и подсказывает, как физически грамотно описать прояв-
ление того или иного закона физики.
Разминка. Она проводится с помощью трех вопросов или за-
даний, заранее подготовленных каждой командой. Эти задания и
вопросы должны быть краткими, оригинальными, неожиданны-
ми, для чего наиболее подходят физические парадоксы. Отличи-
тельной особенностью таких задач может явиться некоторая не-
ожиданность в ответе.
За десять дней до состязания учитель сообщает учащимся те-
му разминки, которая проходит более оживленно, если форма по-
становки вопросов разнообразная. Поэтому одновременно учитель
указывает, каким должен быть вопрос и ответ (опыт, рисунок,
загадка), подчеркивает, что вопросы и задания должны отличать-
ся оригинальностью, необычностью, отражать явления природы,
знакомить присутствующих на состязании с разнообразными при-
менениями законов физики в технике, с интересными фактами.
Команды, задающие вопросы, должны подобрать и проверить
заранее приборы и материалы, а схемы и рисунки вычертить на
больших листах бумаги.
В подборе вопросов и заданий разминки участвуют, как пра-
вило, четыре ученика; учитель лишь руководит этой подготови-
тельной работой, определяет общий характер вопросов и их на-
правленность, рекомендует литературу для дополнительного
чтения.
Накануне вечера учитель (наедине с каждой командой) об-
суждает вопросы и задания, а также ответы на них. Если коман-
12
ды по каким-то причинам не смогли подготовить вопросы, для
разминки на уровне предъявляемых к ним требований, то учитель
рекомендует им свои материалы.
Так, в фантастическом романе современного писателя Курта
Воннегута «Колыбель для кошки» преступный изобретатель со-
здает новую форму льда — лед-девять, температура отвердевания
которого 46 °C.
«Предположим,— объясняет один из героев романа,— что тот
лед, на котором катаются конькобежцы и который кладут в кок-
тейли (мы можем назвать его лед-один), представляет собой
только один из вариантов льда. Предположим, что вода на зем-
ном шаре всегда превращается в лед-один, потому что ее не кос-
нулся зародыш, который бы направил ее, научил превращаться в
лед-два, лед-три, лед-четыре. Й предположим, что существует
такая форма льда (назовем ее лед-девять) — кристалл, твердый,
как этот стол, температура отвердевания которого из-за дополни-
тельного отвода теплоты при кристаллизации повысилась до
46 °C».
Изобретатель льда-девять получает власть над миром. Он уве-
рен, что если только бросить кусочек льда-девять в море, то от
этого зародыша начнется кристаллизация, замерзнет вся вода на
Земле и наступит конец света. Учитель обсуждает с учащимися
вопрос: что достоверно и что противоречит физическим законам в
этой схеме создания нового вещества?
На вечере, кроме названных конкурсов, можно проводить еще
три-четыре без домашней подготовки. Их мы делим на два вида:
конкурс-экспромт и конкурс с предварительной подготовкой.
В конкурсах-экспромтах целесообразна такая работа, за вы-
полнением которой можно проследить и вовремя помочь участни-
кам. В таких конкурсах хороши задания со стендовым материа-
лом: выполнение рисунков, наклейка деталей, ответы на вопросы,
текст которых находится на таблицах. Например, начертить на
классной доске ход лучей в оптической системе или диаграмму
изменения параметров термодинамической системы в других па-
раметрах, отличных от заданных. В работе участвуют несколько
учащихся, но не более четырех. Каждый выполняет лишь часть
чертежа. Мел как эстафетная палочка переходит от одного испол-
нителя к другому. Зрители напряженно следят за работой. Уста-
навливается атмосфера напряженного труда. Каждый за пра-
вильный ответ получает один балл.
Для другого вида конкурса-экспромта заранее готовятся кар-
точки, где на одних — рисунки, например, животных, различных
марок машин, а на других — физические данные об этих объек-
тах (скорость, мощность, масса и т. д.). Исполнитель должен сов-
местить на стенде по горизонтали две карточки: объект и сведе-
ния о нем. В итоге составляется определенная таблица. Работа
каждого участника оценивается одним баллом.
Очень популярна и познавательна детская электрифицирован-
ная настольная игра «Проверь ответ». В ее комплект входят па-
13
нель с электрическими контактами, два проводника с наконечни-
ками, источник тока и набор рисунков с вопросами к ним. Играю-
щий касается наконечниками проводников рисунка и текста. Если
лампочка вспыхивает, то ответ верен.
Такая форма игры может быть использована в тех же конкур-
сах-экспромтах; учащиеся заранее наклеивают на большой вер-
тикальный стенд рисунки, фотографии и отдельно — карточки с
некоторыми данными к ним. Рисунки и карточки расположены в
некотором беспорядке относительно друг друга. Под каждым ри-
сунком и текстом выводятся электрические контакты (металли-
ческие пластинки), соединенные на обратной стороне стенда про-
водниками. В верхней части стенда укреплена маловольтная
лампочка, которая одним проводником соединяется с полюсом
источника тока. Два других контактных провода (от лампочки и
источника тока) выведены на переднюю панель стенда: один —
под рисунком, другой — под текстом. Такой конкурс-экспромт
проводится следующим образом.
Учитель читает текст и одновременно касается проводником
электрического контакта под ним. Один из членов команды (со-
блюдается определенная очередность) выходит к стенду и сам
присоединяет второй проводник к контакту под рисунком. Если
лампочка вспыхивает (отвечающий правильно совместил текст и
рисунок), команда получает один балл. Затем учитель читает
следующий текст, а свой ответ проверяет ученик другой команды
(команды соперников). Правила игры разрешают делать играю-
щей команде только одну попытку. Если ответ неверен, то вторая
попытка представляется другой команде. И эта команда вновь
получает победные баллы.
Для конкурсов-экспромтов интересны стендовые конкурсы-
рассказы. Например, на классной доске требуется построить
график изменения координаты движущегося тела в зависимости
от времени. Учитель читает текст, а участники (по одному от
команды) строят требуемые графики.
Материал для конкурсов-экспромтов подбирает учитель физи-
ки. При этом он может использовать задачники по физике и раз-
личного вида справочники, например Енохович А. С. Спра-
вочник по физике и технике.— М.: Просвещение, 1989.
В конкурсах с предварительной подготовкой участникам пред-
лагаются экспериментальные задачи по определению некоторой
зависимости, например КПД наклонной плоскости от угла ее на-
клона, развиваемой мощности от скорости при подъеме человека
по лестнице, изменение выигрыша в силе при работе с длинными
лезвиями ножниц для раскроя ткани; по определению кинемати-
ческой или электрической схемы «черного ящика» и параметров
элементов этой схемы; задачи на исследование по распознаванию
веществ для физико-химических конкурсов.
Два ученика от каждой команды получают на вечере карточ-
ки с одинаковыми заданиями. В зале установлены столы с зара-
нее подобранным оборудованием. На выполнение отводится
14
20 мии, а в это время проводится конкурс-экспромт. Затем участ-
ники конкурса отчитываются о его выполнении. Каждый за пра-
вильный ответ получает один балл.
Как правило, физический вечер состоит из двух отделений.
Открывает вечер учитель физики. В своем кратком вступитель-
ном слове он подводит итоги изучения темы и приглашает всех
принять активное участие в финальном торжестве, посвященном
этому знаменательному событию. Команды и жюри занимают
специально выделенные места. Учитель представляет учащимся
членов жюри и капитанов команд. Команды знакомят присут-
ствующих со своими эмблемами, выбранными девизами, объясня-
ют мотивы сделанного выбора. Выбранный девиз должен быть не
только изречением, выражающим руководящую идею поведения
команды во время состязания, но и кратким именем команды.
Последнее поможет учителю руководить ходом встречи.
Первое отделение начинается разминкой команд. Подобран-
ные к разминке вопросы задаются членами соревнующихся
команд поочередно; на обдумывание отводится 30 с, а затем за-
слушиваются ответы. После каждого ответа команда, задававшая
вопрос, оценивает его правильность и при необходимости сооб-
щает верный ответ или свой вариант ответа.
Разминка — это конкурс, который приводит соревнующихся в
состояние боевой готовности, и поэтому здесь важен темп. Темп,
заданный разминкой, определяет ритм всего состязания. Итак,
сначала идет вопрос, затем обдумывание (соблюдать регламент
обязательно), затем ответ, краткая оценка этого ответа членом
команды, предложившим вопрос, и этот цикл снова повторяется,
но уже для другой команды.
В этом конкурсе жюри оценивает результаты работы обеих
команд (по три балла каждой команде). Команда, ответившая
правильно, за каждый вопрос получает по одному баллу. За ори-
гинальность вопроса соперники также получают один балл за
каждый вопрос.
Во время разминки учащиеся готовятся к экспериментальному
конкурсу, который проводится сразу после нее. Затем идут одни-
два конкурса-экспромта. Первое отделение заканчивается литера-
турным конкурсом.
Новый конкурс учитель открывает небольшим вступлением, в
котором объясняет цель его проведения, т. е. в чем состоит физи-
ческая сущность рассматриваемых явлений, каковы главные идеи
конкурса, что знают ученики, каковы элементы новизны, каковы
ожидаемые результаты. Затем проводится сам конкурс, и сразу
после его окончания жюри оценивает результаты работы и ком-
ментирует свое решение. Первое отделение заканчивается, как
правило, просмотром домашнего задания одной команды, а вто-
рое отделение начинается просмотром домашнего задания другой
команды. Затем приглашаются ученики для выполнения исследо-
вательского задания. Во время их работы команды участвуют в
конкурсе-экспромте.
15
После отчетов идут конкурсы: оригинальный и коллективный
(конкурс болельщиков). Заканчивают вечер конкурсом капита-
нов, подведением итогов состязания и награждением победителей.
В заключение еще раз подчеркнем некоторые положительные
моменты систематически проводимых вечеров-соревнований и их
конкурсов.
Учебные конкурсы имеют свои особенности. Первое — во вре-
мя их проведения не следует участвующих четко делить на
команды и их болельщиков; любой учащийся может дополнить
ответ или заменить его полностью. Второе — для выполнения за-
дания ведущий может приглашать любого учащегося. Третье —
жюри после конкурса сообщает присутствующим правильные
полные ответы на поставленные вопросы. Как показал опыт, та-
кая информация способствует усвоению фактических знаний по
предмету особенно для тех учащихся, которые по каким-то причи-
нам не сумели добиться этого на уроках. Оценочные баллы могут
быть объявлены жюри спустя два-три конкурса.
Эффект вечеров-соревнований состоит из трех частей.
Первая часть — большая подготовительная работа, проводи-
мая учащимися. Опыт систематического проведения таких вече-
ров показал, что они стимулируют учащихся к более глубокому
и всестороннему изучению предмета.
О проведении очередного вечера-соревнования заранее изве-
щают красочным плакатом в вестибюле школы, призывая всех
желающих принять участие в подборе и подготовке конкурсных
заданий.
На одном из первых уроков какой-либо темы учитель сооб-
щает, что одним из видов контроля знаний, приобретенных по
этой теме, станет вечер. И когда ученики начинают подготовку к
соревнованию в знаниях, то они стремятся глубже понять сущ-
ность изучаемого, читают дополнительную литературу. Так под-
готовка к вечеру значительно повышает интерес к физике. В это
время учащиеся часто обращаются к учителю и своим товарищам.
Они просят еще раз объяснить ранее изученный, но по каким-ли-
бо причинам непонятый материал. Такая работа способствует
усвоению знаний, углублению и значительному расширению их.
Так подготовка к вечеру-соревнованию становится источником
новых знаний.
В этот период решается ряд воспитательных задач. Школьни-
кам известно, что успех соревнования зависит от слаженности в
работе команды. Так рождаются новые связующие нити в друж-
бе, коллективизме, товариществе. У каждого члена команды есть
дублер. Лучшие учащиеся класса, вошедшие в команду, занима-
ются подготовкой своих дублеров. Особенно много трудятся в это
время члены жюри. Не обладающие большими и глубокими зна-
ниями по физике (напомним, что лучших учащихся всегда выби-
рают в основной состав команды), они стремятся подготовить
себя так, чтобы справедливо и верно определить оценочные бал-
лы выполнения конкурсных заданий. Чтобы быть объективными в
16
споре, который может возникнуть при подведении итогов, нужно
глубоко знать предмет. Это понимают учащиеся, которые выбира-
ются в члены жюри, поэтому они активнее начинают заниматься
предметом. Таким образом, вечера-соревнования становятся ито-
гом большой творческой и воспитательной работы всего коллек-
тива; они способствуют развитию у учащихся чувства ответствен-
ности за порученное дело, повышают их желание достигнуть того
уровня знаний, который может обеспечить помощь своему това-
рищу во время состязания.
Вторая часть — сам вечер. Вечер-соревнование — это новая
форма внеклассной работы по предмету, которая, на наш взгляд,
меньше других освещена методической литературой, но тем не ме-
нее разнообразит виды проведения внеучебных занятий, делает
вечера интересными и занимательными. На таких вечерах уча-
щиеся учатся творчески мыслить, быстро ориентироваться в но-
вых ситуациях, находить правильные и остроумные ответы. Для
слабоподготовленных учащихся такие вечера могут стать первы-
ми шагами на пути к овладению физикой. Их систематическое
проведение вызывает у учеников интерес к следующей теме, в
конце которой также состоится соревнование и где они захотят
выступить лучше, чем на предшествующем, и принести команде
больше очков. Такие вечера служат дополнительными средства-
ми оживления учебного материала.
Наши наблюдения показали, что вечера-соревнования прохо-
дят при максимальной активности умственной деятельности уча-
щихся; они все без исключения стремятся понять и осмыслить
конкурсные задания. Большинство учащихся мысленно дают от-
веты, затем сравнивают свое мнение с ответом выступающего,
ожидают и заслушивают с большим интересом рецензию жюри и
те пояснения, которые дает учитель к ответу, проверяют себя, воз-
вращаясь еще раз к конкурсным заданиям и к ответам на них,
что способствует дальнейшему углублению знаний.
Третья часть положительного эффекта заключается в том, что
учащиеся долго обсуждают итоги вечера, уточняя физический
смысл заданий, принесших им как победные баллы, так и горечь
поражения. Они долго живут этим событием, окруженные при-
поднятым настроением, ожидают и с повышенным интересом го-
товятся к участию в новых вечерах. Об этом напоминают стендо-
вые отчеты, фотомонтажи, бюллетени, плакаты-поздравления.
Вечер-соревнование — это такое событие, которое не заканчи-
вается одним днем. Долго после встречи учащиеся обсуждают
смысл заданий, разделяя знания на те, что принесли им победные
очки, и на те, из-за отсутствия которых они получили поражение.
Многие учащиеся потом упорно пытаются наверстать упущенное
и пополнить свои знания более глубоким изучением предмета.
Все вечера-соревнования, сценарии которых ниже приведены
в данной книге, могут непосредственно проводиться и на уроках,
где, мы надеемся, эти материалы помогут учащимся глубже ос-
мыслить содержание многих разделов и тем по физике.
2 Заказ № 1106
17
СОДЕРЖАНИЕ, ПОДГОТОВКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЗАНИМАТЕЛЬНЫХ ВЕЧЕРОВ ПО ФИЗИКЕ
В СТАРШИХ КЛАССАХ
I. НЕВЕРОЯТНЫЕ ПУТЕШЕСТВИЯ
Перечислим некоторые задачи, которые должны выполняться
при изучении кинематики, и дадим рекомендации к конкурсам,
составленным в соответствии с этими задачами.
Так как основная задача механики определяет умения уча-
щихся находить положение материальной точки в пространстве в
любой момент времени, то один из конкурсов данного вечера по-
святим проверке того, как учащиеся умеют составлять описание
положения тел в пространстве и понимать такие тексты. Занима-
тельность такому конкурсу может придать следующая форма его
проведения: одна команда заранее прячет какой-либо предмет,
который условно назовем клад, и составляет описание его место-
нахождения, а другая команда по этому описанию его находит.
Другой конкурс посвятим выбору тела отсчета. Человеку, жи-
вущему на Земле, более привычно абсолютизировать ее в каче-
стве системы отсчета. Но в ряде задач более целесообразно будет
выбрать систему отсчета, связанную с телом, движущимся отно-
сительно Земли. Это значительно упрощает решение многих за-
дач. Чтобы сделать такой рациональный выбор, надо быть на-
ходчивым человеком. Этим качеством более всех в команде дол-
жен обладать ее капитан, которому можно дать это задание, а
соревнующимся соответственно можно предложить нарисовать
траекторию движущегося тела в разных указанных в условии си-
стемах отсчета, вычислить скорость, с которой движется тело
относительно заданной системы отсчета. Такие задания наиболее
подходят для разминки.
Наиболее интересна та часть кинематики, где с помощью ее
законов изучается движение реальных земных объектов, напри-
мер полет птиц, передвижение животных, человека и транспорт-
ных средств. Хорошим материалом для такого конкурса является
составление таблицы средних скоростей движения представите-
лей животного мира. Здесь же может быть очень занимателен
конкурс-соревнование по бегу, если предварительно выяснить у
участников, какую среднюю скорость они могут развить на той
или иной дистанции. Так как в спорте при установлении рекордов,
как правило, фиксируют время, за которое бегун проходит свою
дистанцию, то все школьники, участвуя на уроках физкультуры в
беге, хорошо знают время своего рекорда, но вопрос к школьни-
кам о их средней скорости бега на конкретной дистанции оказы-
вается не так-то прост; поэтому при проведении соревнования по
бегу зададим учащимся именно такой вопрос.
18
Для экспериментального конкурса выберем прибор стробо-
скоп. Заранее подготовим с ним опыты и объясним эффект «оста-
новки» движения.
Хороший материал для очередного конкурса — построение
графиков.
Существуют различные способы описания движения точки в
пространстве. Графический способ обладает некоторым преиму-
ществом перед аналитическим, а именно наглядностью. В кине-
матике для прямолинейного движения строят графики зависимо-
сти от времени таких величин, как координаты точки, длины
пройденного пути, а также проекции перемещения, скорости и
ускорения на координатную ось. Наглядность этих графиков
позволяет сразу оценить характер движения.
Вечер по кинематике не может обойтись без занимательных
путешествий. В качестве домашнего задания можно предложить
каждой команде придумать по одному невероятному путешествию
и описать его в форме рассказа или сказки; в текст можно вклю-
чить вопросы по физике, инсценировать их, во время спектакля
задать зрителям вопросы и выслушать ответы, а затем их оце-
нить. Именно это конкурсное задание дало название вечеру —
«Невероятные путешествия».
В результате такого отбора материала определилась програм-
ма вечера.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Движение и наблюдатель».
2. Конкурс «Старт и финиш».
3. Конкурс «Донесение».
4. Конкурс «Любители животных».
5. Проверка домашнего задания одной из команд — «Вол-
шебная сказка с физическими вопросами».
Второе отделение
6. Проверка домашнего задания другой команды — «Загадки
движения».
7. Конкурс «Кладоискатели».
8. Конкурс «Опыты со стробоскопом».
9. Песенно-литературный конкурс.
10. Конкурс капитанов «Прогулка с мячом».
Этому вечеру предшествует определенная подготовительная
работа, описание которой дадим согласно видам деятельности
учащихся.
Для конкурса «Любители животных» на отдельных листах бу-
маги размером 14x20 см надо нарисовать в двух экземплярах
рисунки животных и птиц: сокола, ласточки, колибри, охотничьей
собаки, орла, зайца, медоносной пчелы, мухи, лошади, рыбы, че-
репахи, улитки. Отдельно на карточках такого же размера напи-
2*
19
сать значения средних скоростей их передвижения: .360 км/ч,
120 км/ч, 100 км/ч, 90 км/ч, 86 км/ч, 65 км/ч, 50 км/ч, 18 км/ч,
13 км/ч, 4 км/ч, 70 м/ч, 5,4 м/ч. Кроме того, необходимо заго-
товить карточки (в одном экземпляре), где нарисованы пешеход
и указана средняя скорость его движения—1,5 м/с; лыжник —
5 м/с; бегущий человек, рекордная скорость которого на дистан-
ции 100 м—10 м/с; теплоход на подводных крыльях—18 м/с;
поезд — 100 м/с.
Для конкурса «Донесение» надо на двух больших листах бу-
маги начертить оси координат и нанести деления: на горизонталь-
ной оси будем отмечать время через каждый час (всего 11 ч со-
гласно рассказу «Донесение», который приводится в тексте сце-
нария), на вертикальной — пройденный путь в километрах (одно
деление— 10 км; всего 12 делений).
Для конкурса «Опыты со стробоскопом» вырезать из белой
плотной бумаги два круга, размеры которых соответствуют раз-
мерам стробоскопического диска из набора к универсальному
электродвигателю с вентиляторной насадкой. На первом покра-
сить в черный цвет один небольшой сектор, на втором — два сек-
тора. Эти круги потребуются для демонстрации стробоскопиче-
ского эффекта «остановки» движения.
В этом конкурсе демонстрируется рисунок 1, сделанный со
стробоскопической фотографии падения металлического шарика
под действием силы тяжести. Рядом помещена сфотографирован-
ная шкала для измерения расстояний. Этот рисунок на большом
листе бумаги выполняют художники при подготовке вечера.
Кроме того, для этого конкурса необходимо приготовить при-
боры и материалы: капельницу, воду, подкрашенную флюоресце-
ном, электродвигатель универсальный с вентиляторной насадкой,
о
101
20Ё
301
401
501
601
701
80 =
20
регулятор напряжения (РНШ), две измерительные ленты или ру-
летки, 10—12 красных флажков.
Для конкурса капитанов надо принести два мяча.
Готовя этот вечер, четыре ученика (по два от каждой коман-
ды) подбирают вопросы для разминки, тема которой «Движе-
ние и .наблюдатель». Для подбора этих вопросов ученикам дает-
ся указание о том, что первое задание обязательно должно быть
связано с характеристикой движения какого-нибудь космическо-
го тела. При этом учитель объясняет исполнителям, что движение
небесных тел можно рассматривать как относительно системы
отсчета, связанной с Солнцем, так и относительно системы отсче-
та, связанной с Землей. В кинематике обе системы равноправны.
Надо предложить своим соперникам описать движение Луны и
Солнца относительно неподвижной Земли.
Второе задание: нарисовать траекторию движения тела отно-
сительно различных тел отсчета; третье — приглашение к мыслен-
ному путешествию, совершая которое надо определить какую-ни-
будь кинематическую величину, например перемещение или сред-
нюю скорость.
Для конкурса «Кладоискатели» надо найти подходящий для
физического вечера клад (оригинальность предложения жюри
оценит одним очком), придумать место в зрительном зале, где
этот клад можно спрятать, чтобы затем составить описание его
местонахождения.
Для подготовки домашнего задания как пример приведем два
рассказа.
Темы домашнего задания — описание занимательных путеше-
ствий. Одной команде можно предложить инсценировать волшеб-
ную сказку. В ней типичные герои — три брата (старший, сред-
ний и младший) бродят по свету, учатся уму-разуму и разным
ремеслам. В своих путешествиях они встречают все возможные
дивности: белку с драгоценными орешками, ковер-самолет, пре-
красную принцессу, заколдованную злым волшебником. Но самое
важное для нас в этих путешествиях то, что увиденные братьями
чудеса позволяют задать чисто физические вопросы. Они есте-
ственно возникают в том случае, если сравнивать события вол-
шебной сказки с окружающей нас реальной действительностью.
Учащиеся по этой сказке ставят спектакль. В нем заняты че-
тыре актера: актер, читающий авторский текст, и актеры, испол-
няющие роли трех братьев. Все выступают в русских народных
костюмах добрых молодцев. Ученик, читающий авторский текст,
задает вопросы, а после ответов зрителей на каждый из них дает
свой правильный ответ и его поясняет.
Волшебная сказка с физическими вопросами
Жил старик с тремя сыновьями. На краю света жил. Кругом
тишь, места непроходимые.
Выросли сыновья и просят отца отпустить их из родного дома.
21
Хочется им по белу свету побродить, на людей посмотреть, уму-
разуму поучиться.
Договорились братья путешествовать вместе: идти туда, куда
каждый по очереди вести будет. Сначала старший вел всех на
юг. Прошли братья 10 верст. Затем впереди пошел средний. Еще
10 верст прошли братья, но теперь уже на запад. Настала оче-
редь младшему. Он прошел со своими братьями 10 верст на се-
вер. И оказались братья, к своему удивлению, ... в родном доме,
откуда совсем недавно в путь отправились.
1. Где жил старик со своими сыновьями?
Вновь собрались братья в путь. Подошли к развилке трех
дорог и пошли каждый своей. Условились через три года встре-
титься на том же месте.
Долго бродили братья по белу свету, разным ремеслам обуча-
лись да на давности любовались. Вернулись в назначенный день
домой и поведали о своих приключениях.
Первым речь повел старший брат: «Еду я однажды по дороге
и вижу поляну. Посреди огромная ель растет, а около нее белка
резвится.
Волшебная, наверное. Поймать бы, думаю. Будет она песни
петь да орешки с золотыми скорлупками грызть. А в орешках —
ядра из чистого изумруда.
Сделал я шаг к дереву, а белка скок за ствол. Спряталась.
Только мордочку с любопытными глазками показывает.
Обойду-ка, думаю, дерево, зайду к белке сзади да и пой-
маю ее.
Пошел я по круглой поляне, не приближаясь к ели. А белка,
хитрющая, в противоположную сторону от меня движется. Да так
в аккурат, что только глазки из-за ствола и видно.
Четыре раза я поляну обошел, а белку так и не поймал».
2. Кто быстрее двигался: старший брат или белка?
3. Что видела белка: стоял старший брат или двигался?
Продолжил рассказ средний брат: «Однажды я весь день был
в пути, а к вечеру, когда для человека, для зверя, для птицы на-
стает время сна, прилег и быстро заснул.
Много ли, мало ли я спал, только разбудили меня шум и свист.
Чувствую, братцы, по воздуху плыву. Понял я, что заснул на
ковре-самолете и теперь лечу на нем. Обрадовался такому при-
ключению. Да, видно, рановато.
Сначала никак не мог усесться. Свесил ноги вниз — сидеть
удобно, привычно, но в ноги очень дует. Так в сторону относит,
что они под острым углом к туловищу располагаются. Да и хо-
лодно очень.
Кое-как устроился, вытянув ноги вдоль ковра. А тут солныш-
ко зашло. Еще больше похолодало: зуб на зуб не попадает».
4. С чем можно сравнить полет среднего брата на ковре-самолете: с по-
летом аэростата или самолета?
22
5. Как можно увидеть вновь закатившееся за горизонт солнце?
6. С какой скоростью должен лететь сказочный корабль — ковер-самолет,
чтобы солнце всегда обогревало его пассажиров?
Последним поведал свой рассказ младший брат: «Довелось
мне, братцы, побывать в саду сказочной красоты. Цветов там ви-
димо-невидимо. Гранатовые деревья точно краской выкрашены,
сколько на них плодов. Были там и яблони с золотыми плодами.
Воздух кругом сладкий, душистый. Куда ни глянь, сидит соловей
да песни распевает.
Но самой прекрасной была в том саду принцесса, дочь вла-
дельца сада, да околдовал ее злой волшебник: превратил в уточ-
ку. Девице-красавице разрешил только на качелях качаться.
Любила она это развлечение. Если качели движутся, то это зна-
чит, что на них она — девица. Как только останавливаются, в
тот же миг оборачивается девица уточкой и улетает так быстро,
что ее только и видели.
Прослышал я, что, если долго смотреть на неподвижную прин-
цессу, колдовство пропадет. Я освободил прекрасную принцессу
от чар злого волшебника, за что и получил вознаграждение».
7. Как это удалось сделать младшему брату?
Второй команде можно предложить рассказ, главная физиче-
ская идея которого заключается в том, что для описания любого
движения обязателен выбор системы отсчета. Его герои — пасса-
жиры поезда. Они рассказывают по заданной теме интересные
истории.
После прослушивания этого рассказа учитель повторяет во-
просы, поставленные в тексте, дает к ним пояснения.
Ответы зрителей комментирует учащийся, читавший этот
рассказ.
Рассказ «Загадки движения»
Поручили мне сопровождать летом небольшую группу пионе-
ров, едущих в Артек. Поезд уходил поздно. Все очень устали и
заснули сразу.
Утром, когда поезд сбавил скорость и остановился возле го-
лубоватого вокзала с огромными стрельчатыми окнами, все одно-
временно проснулись. И сразу прильнули к своим окнам. Нас
приняли на второй путь от перрона. А через минуту на первый
путь пришел встречный скорый поезд и заслонил вокзал, а вместе
с ним — перрон и бегающих по перрону пассажиров.
— Мы поехали! — громко воскликнул один из мальчиков, ког-
да увидел проходящие мимо него вагоны скорого поезда. Никто
не возражал. Я предложил посмотреть в противоположное окно.
На соседнем пути стоял состав бензоцистерн. Отъезжающий с
первого пути скорый поезд создал ощущение движения нашего
поезда сначала плавного, очень медленного, потом все более бы-
строго. И вдруг движение оборвалось, Ушел встречный поезд. Не-
23
подвижен перрон и тот же голубоватый вокзал с огромными
стрельчатыми окнами. Изумлению ребят не было предела. Мне
пришлось пояснить:
— Мы стали жертвами иллюзии, то есть обмана чувств.
И причина этому — относительность движения. В жизни нам ча-
сто приходится сталкиваться с относительностью движения. И по-
скольку впереди длинная дорога, есть предложение провести вре-
мя за воспоминаниями: пусть каждый приведет пример из своей
жизни на относительность движения.
— Я должна отказаться,— грустно призналась белокурая де-
вушка.— Я не очень хорошо понимаю, что это такое.
— Ия тоже,— присоединился кто-то.
— Нет, нет, участвовать должны все! Чтобы вам помочь, я
кратко объясню теорию этого вопроса.
При наблюдении любого механического движения мы всегда
должны выделять два тела. Одно тело используется как опора
для определения положения другого тела. Такое тело принято
называть телом отсчета. С ним связывают наблюдателя, который
следит за движением, инструменты и приборы для измерений
расстояний и времени. Относительность механического движения
означает, что говорить о движении можно только тогда, когда
указано не только тело движущееся, но и тело отсчета. Напри-
мер, мы — пассажиры движущегося поезда — неподвижны отно-
сительно вагона. Мы наблюдаем проносящиеся мимо деревья, до-
ма, железнодорожные станции. В этом случае наш вагон — тело
отсчета. А все, что движется мимо — все земные тела и сама зем-
ля тоже,— движущиеся тела.
А вот на перроне под электрическими часами стоит милицио-
нер, охраняющий порядок. Мы проедем мимо него, и он будет на-
блюдать наше движение. Для него тело отсчета — Земля.
Движущиеся тела отсчета равноправны. Это значит, что каж-
дое из них в случае необходимости может рассматриваться как
тело отсчета или как движущееся тело.
Можно привести много примеров, в которых подчеркивается
научное и практическое значение выбора тела отсчета. Хотя фи-
зики и утверждают, что все тела равноправны, но относительно
разных тел отсчета одно и то же тело может совершать разные
движения. В одной системе отсчета его движение может быть
простым, в другой — сложным и запутанным.
Послушайте: в окно застучал дождь. Падающие капли остав-
ляют следы на стекле. Посмотрите на них. В это безветренное
утро они рисуют на окне нашего равномерно постукивающего ва-
гона наклонные траектории. Ответьте: почему траектории на-
клонные, в то время как поезд идет по прямолинейному участку
пути? Изменится ли вид следов, если скорость поезда увеличится?
Ребята задумались. Я не стал торопить их с ответом на эти
непростые вопросы.
— Не возражаете,— продолжал я,— если после обеда соберем-
ся послушать ваши рассказы?
24
— Однажды вечером я заблудился в зимнем лесу,—начал
первым спортивного вида паренек.— Да его и лесом не назовешь.
Обычная зеленая зона возле наших домов. Там были небольшие
горки, и мы катались с них на лыжах. Знали, конечно, эту мест-
ность как свои пять пальцев. В этот вечер я и не заметил, как
стало темно. Сначала я шел уверенно, потом почувствовал, что
потерял ориентир. Все деревья стали одинаковыми, ни одной зна-
комой приметы. Не могу определить, где нахожусь и куда надо
идти. Жуткое чувство охватило меня. Теперь-то я понимаю, что
уверенность при движении придает ориентир и направление дви-
жения. В пространстве, лишенном тела отсчета и направления,
движение теряет всякий смысл.
И он задумался, как будто вновь ощутил состояние заблудив-
шегося путника, который кружит по лесу без надежды выбраться
на дорогу.
— И кто тебе указал направление? — не выдержал кто-то
тягостного молчания.
— Не кто, а что. Знакомое тело отсчета. Проплутав по лесу,
я вновь вышел к горам, с которых катался на лыжах. Осмотрел-
ся. Знакомая ель стала телом отсчета. И сразу стало ясно, куда
надо идти.
— Я где-то читала о верхолазах, которые строят высотные
здания,— сказала худенькая девочка.— Их первое правило: «Не
смотри на облака!» Они говорят: «Взглянешь на облако — и по-
чудится, что помост под тобой качнулся, а тут и упасть недолго».
Нельзя верхолазу принимать движущееся облако за тело отсчета.
Опасно.
Я предложил худенькой девочке с косичками продолжить бе-
седу.
— Я ничего не могла придумать,— смутилась она.— Можно я
расскажу о том, что удивило меня, когда я смотрела в окно на-
шего поезда?
Я кивнул головой.
— Меня удивил танцующий лес, мимо которого мы проезжа-
ли. Деревья, что были поближе, прыгали быстро, а дальние дви-
гались медленно, как будто тихо кружились в хороводе.
— Чему же ты удивилась? — спросила ее соседка.
Все молчали.
— Вот в чем дело,— громко сказал мальчик, который первым
начал рассказывать.— Все деревья движутся относительно наше-
го поезда с одинаковой скоростью. Так? Между тем мы видим,
что ближние деревья убегают от поезда быстро, а дальние уходят
медленно. Это при равной скорости движения! Парадокс! Мы
опять в плену иллюзий. Как объяснить?
И он посмотрел на меня.
Но сам я с физикой в последний jja3 встречался, когда учился
в школе. Сейчас работаю на заводе. И только руководил в под-
шефной школе кружком технического моделирования.
— Дайте подумать до утра,— сказал я в ответ.
£5
Ночью, лежа на полке, я размышлял так. Все деревья уча-
ствуют относительно поезда в равномерном движении. Их ско-
рость относительно поезда одинакова. Значит, за единицу време-
ни каждое дерево убегает назад, совершая относительно поезда
одинаковые перемещения. Все дело в перспективе, угловом сме-
щении предмета по отношению к направлению наблюдения. Рас-
стояния, проходимые за определенное время ближними деревья-
ми, кажутся нам весьма большими. Те же самые расстояния, про-
ходимые дальними деревьями, кажутся весьма малыми. Поэтому
дальние деревья и смещаются малозаметно, в то время как
ближние уже успели «убежать»!
Примерно так и объяснил ребятам утром.
— Сегодня я готова начать первой,— сказала худенькая девоч-
ка с косичками, которая вчера увидела танцующий лес.— Я знаю
еще одну иллюзию движения, точнее, иллюзию неподвижности.
Это вращение нашей Земли. Нам же кажется, что мы неподвиж-
ны, а вокруг нас перемещаются Солнце и небесный свод с бесчис-
ленными звездными мирами.
— А какие доказательства вращения Земли вы знаете? —
спросил я своих пионеров и предложил им над этим подумать.
— Мне нравится ваша беседа,— вдруг произнес пожилой
мужчина в дверях нашего купе.— Можно мне поделиться воспо-
минаниями? После войны мы по нескольку раз смотрели фильм
«Смелые люди». Действие происходит во время войны. Фаши-
сты из оккупированной области на поезде увозят в Германию на-
ших породистых лошадей. Главный герой, смелый молодой чело-
век, решил на ходу поезда отцепить вагон. Он вскочил на самую
быструю лошадь и поскакал за поездом. Все быстрее и быстрее
скачет лошадь, все медленнее и медленнее едет относительно нее
поезд. И вот их скорости одинаковы. Едущий поезд и скачущая
лошадь неподвижны относительно друг друга. Всадник переска-
кивает на площадку вагона и отцепляет его от состава. Табун
спасен. Интересно, что бывает и так: чем быстрее, тем медленнее.
А знаете ли вы подобные примеры? — в заключение спросил он.
— Разгадайте-ка такую головоломку,— это воскликнул пас-
сажир, лежащий на верхней полке.— У пристани стоит корабль.
С его борта спущена веревочная лестница. Две ее последние ве-
ревочные ступеньки погружены в воду. Начинается прилив. Вода
поднимается со скоростью v. Сколько еще ступенек погрузится в
воду через t секунд, если расстояние между ступеньками рав-
но I?
В установившейся тишине хорошо было слышно постукивание
на стыках рельс движущегося относительно Земли поезда.
Но начавшийся в поезде разговор о загадках движения еще
не окончен. Просим присутствующих принять участие и ответить
на вопросы, которые задали друг другу пассажиры этой позна-
вательной поездки. (Вопросы еще раз громко повторяются.)
Теперь рассмотрим познавательную значимость каждого кон-
26
курса и укажем, какие требования необходимо к ним предъявить,
чтобы жюри могло дать объективную оценку исполнителям.
Приведем варианты заданий, которые могут служить образ-
цом при подготовке вечера. И наконец, приведем тексты вступи-
тельных слов учителя, с которых начинаются конкурсы.
1. Разминка «Движение и наблюдатель»
Для разминки соревнующиеся команды подобрали по три во-
проса в соответствии с требованиями, указанными нами ранее.
Они могут быть примерно такими:
Вопросы первой команды
1. Что быстрее движется в системе отсчета, неподвижно связанной с Зем-
лей: Луна или Солнце?
2. Небольшой камень застрял в канавке протектора движущегося грузо-
вика. Нарисовать траектории его движения относительно корпуса машины и
Земли.
3. Если идти по земному шару на северо-восток, то куда придешь? По-
чему?
Вопросы второй команды
1. Почему мы видим с Земли всегда только одну сторону Луны?
2. Жук ползет с постоянной скоростью по вращающемуся диску проигры-
вателя от центра к краю. Нарисовать его траектории относительно диска и
Земли.
3. Вы совершаете прогулку: 3 км к востоку, 2 км к северу, 3 км к западу.
На каком расстоянии от исходной точки вы окажетесь?
2. Конкурс «Старт и финиш»
(соревнование спринтеров)
Для участия в конкурсе приглашаются по два члена от каж-
дой команды, которые сообщают, какую скорость они могут раз-
вить на дистанции 60 м (100 м), и уходят вместе с членом жюри
на спортивную площадку или в спортивный зал школы, где про-
водятся соревнования по бегу на данной дистанции.
Жюри присуждает один балл победителю в беге и по одному
баллу тем участникам бега, которые прошли дистанцию с на-
званной до соревнования скоростью.
3. Конкурс «Донесение»
Помощники вносят на сцену два стенда, на которых закреп-
лены большие листы бумаги с заготовками для построения графи-
ков изменения координаты движущегося тела в зависимости от
времени. Стенды располагают рядом друг к другу под углом,
близким к 180°. Такое положение стендов на сцене не позволит
каждому исполнителю видеть работу своего соперника, а зрители
27
смогут наблюдать за работой обоих участников, сравнивая каж-
дый построенный элемент графика.
Зрители, высказавшие желание принять участие в выполнении
этого задания, получают небольшие листочки миллиметровой бу-
маги с точно такими же заготовками.
Когда все приготовления закончены, учитель начинает мед-
ленно читать рассказ «Донесение», текст которого приведен ниже.
Участники состязания в соответствии с текстом строят названные
графики.
Высшая оценка этого конкурса — три балла. За каждый вер-
ный график зрители получают по одному баллу. Эти баллы могут
быть добавлены к общему счету той команды, болельщиками ко-
торой они являются.
Рассказ «Донесение»
Ведущий. В ноль часов по Гринвичу я вышел из дома на
встречу со связным и со средней скоростью 3 км/ч осторожно стал
приближаться к условленному месту. Через полчаса я был там,
но связного не оказалось.
Прождав безуспешно еще полчаса, я решил сам доставить со-
общение.
Но как? Машины на большой скорости проезжали мимо. Го-
лосовать с просьбой остановиться я не имел нрава. Единственное
место, где я мог незаметно сесть в машину, была бензоколонка
в 8,5 км от меня. И через полтора часа я был у бензоколонки.
В этот момент подъехал грузовик. За 15 мин, которые ушли на
заправку машины, я сумел незаметно пробраться в кузов. Маши-
на тронулась — и вот я в пути. Машина явно набирала скорость,
и через 5 мин от начала движения грузовик имел скорость
35 км/ч; далее он равномерно двигался по шоссе два часа.
Лежа в кузове, я задремал. Из полусонного состояния меня
вывели голоса: спорили в кабине шофер и его напарник. Я понял:
они забыли что-то у бензоколонки во время заправки. И пока
15 мин продолжался спор, машина уменьшала скорость, затем
сделала поворот и через час вновь была у бензоколонки. Как
видно, водители не собирались в дорогу. Я вышел из кузова и
побрел в темную холодную осеннюю ночь со скоростью 3 км/ч, на
что-то смутно надеясь. Примерно на третьем километре пути я уви-
дел мотоцикл. О, счастье! Мотоцикл оказался с ключом для за-
жигания. Не раздумывая, я сел на мотоцикл, дал газ и почти
мгновенно достиг скорости 100 км/ч. Так я мчался по шоссе це-
лый час. Ветер забирался под одежду, морозил тело. Было чуть
больше восьми часов утра, когда я, продрогший и усталый, зашел
в знакомое придорожное кафе. Посетителей было мало. Я присел
за столик и через 1 ч услышал пароль: «Гречневую кашу желае-
те?» Я ответил: «Я люблю ее с детства». Передав срочное сооб-
щение, я со скоростью 80 км/ч вернулся домой на местной ма-
шине.
28
4. Конкурс «Любители животных»
Ведущий приглашает любителей животных (по два от каждой
команды) и предлагает им познакомить присутствующих со зна-
чениями средних скоростей, встречающихся в животном мире.
Исполнители получают карточки двух типов. На одних нарисова-
ны различные животные или птицы (сокол, охотничья собака,
медоносная пчела, заяц, муха, лошадь, рыба, черепаха, улитка,
ласточка, колибри и др.), на других написаны средние скорости
их передвижения. Во время состязания нужно на вертикальном
стенде (металлической доске из набора по статике с магнитными
держателями) расположить по одной горизонтали рисунок жи-
вотного и карточку с соответствующей ему скоростью (карточки
крепят к доске с помощью маленьких магнитиков). Побеждает
та команда, которая это сделает быстро и верно. Оценка такого
соревнования — два балла.
Исполнители молча создают свои таблицы, и не все зрители
способны за это время оценить, как велика или мала скорость
того или иного животного или птицы; поэтому учитель предла-
гает зрителям продолжить конкурс и сравнить названные скоро-
сти со скоростями, встречающимися в жизни человека, а также в
технике. Учитель раздает желающим карточки с рисунками пе-
шехода, лыжника, бегуна, теплохода на подводных крыльях, поез-
да. На этих же карточках указаны скорости перечисленных тел.
Получив такую карточку, участник конкурса делает перевод
единиц, а затем прикрепляет ее на соответствующее место одно-
го из стендов. При переводе единиц он может обратиться за по-
мощью к своим товарищам.
Учебная значимость этого конкурса состоит в том, что школь-
ники еще раз тренируются в освоении навыков перевода единиц
скоростей из м/с в км/ч, что, как показывает опыт, для них за-
труднительно.
Каждый правильный ответ оценивается одним баллом. Далее
следуют конкурсы с домашними заданиями (см. программу, пп. 5
и 6). Их содержание было приведено выше.
7. Конкурс «Кладоискатели»
Этот конкурс проводится с целью углубления знаний учащих-
ся по определению положения тела в пространстве.
Ведущий. Вы, конечно, знаете литературные предания о
зарытых в земле кладах. Одно из них — из рассказа Эдгара По
«Золотой жук»:
«Хорошее стекло в трактире епископа на чертовом стуле двад-
цать один градус и тринадцать минут северо-северо-восток главный
сук седьмая ветвь восточная сторона стреляй из левого глаза
мертвой головы прямая от дерева через выстрел на пятьдесят
футов».
Автор Эдгар По намеренно сочинил эту криптограмму, запи-
сал ее в сплошную строку, чтобы затруднить читателю разгадку
29
и, естественно, увлечь его в мир своей фантастики. «Трактир епи-
скопа» совсем не трактир, а высокий скалистый утес. Выступ и
ниша в скале — это и был «чертов стул». «Хорошее стекло» озна-
чало только одно — подзорную трубу. «Двадцать один градус и
тринадцать минут северо-северо-восток» указывали направление.
«Главный сук седьмая ветвь восточная сторона» означает место,
где надо искать череп на дереве, а приказ «стреляй из левого
глаза мертвой головы» допускает лишь одно толкование: надо
опустить пулю в левую глазницу черепа и провести «прямую» от
ближайшей точки ствола через падение пули на пятьдесят футов
вперед. В этом месте спрятано пиратами сокровище. Герой рас-
сказа Легран разгадывает тайну на первый взгляд фантастиче-
ского, похожего на откровенную тарабарщину, текста.
Далее, например, ученик первой команды читает описание ме-
стонахождения клада в зрительном зале и текст передает второй
команде, т. е. своим соперникам, которые сразу начинают его
искать. (Надо подчеркнуть, что описание было подготовлено в ка-
честве домашнего задания.) Поиск продолжается не более пяти
минут. Если за это время клад не найден, то целесообразно не
только показать зрителям это место, но и дать пояснение к тек-
сту, что и выполняет ученик, познакомивший зрителей со своим
описанием.
Затем клад ищет первая команда по описанию второй.
Команды в этом конкурсе могут выиграть максимально по три
балла, присужденные им за оригинальность, за наиболее точное
описание местонахождения клада, за быстроту поисков.
8. Конкурс «Опыты со стробоскопом»
Конкурс состоит из трех частей. В первой части команды по-
казывают и объясняют опыты со стробоскопом, во второй части
решают расчетную задачу по кинематике, в третьей — создают с
помощью зрителей иллюстрации к этой задаче.
А. Опыты со стробоскопом
Одна команда в стробоскопическом освещении демонстрирует
свободное падение капель воды, подкрашенной флюоресценом, и
дает следующие пояснения: капли будут казаться неподвижными
относительно наблюдателя, если период световых вспышек равен
времени роста и отрыва капель.
Если частота вспышек немного меньше, чем частота отрыва
капель, то наблюдается движение капель вниз. Чем больше от-
личие этих интервалов времени, тем быстрее падают капли. Если
же частота вспышек чуть превышает частоту отрыва капель, то
будет казаться, что капли начали движение в обратном направ-
лении, т. е. устремились вверх.
Другая команда освещает лопасти вращающегося вентилято-
ра, удивляя зрителей его кажущейся остановкой (частота вра-
щения равна кратному числу вспышек) и кажущейся сменой на-
30
правления вращения, и объясняет их с помощью показа враще-
ния двух белых кругов с одним и двумя черными секторами (круги
прикрепляют к стробоскопическому диску из набора «Универ-
сальный электродвигатель»; плавно меняют напряжение, подавае-
мое на электродвигатель, добиваясь кажущейся остановки вра-
щающихся дисков в стробоскопическом освещении. Если частота
освещения чуть больше частоты вращения, то будет казаться, что
диски начинают вращение в обратном направлении).
Учитель. Приходилось ли вам рассматривать пейзаж по
Другую сторону полотна железнодорожной линии сквозь проез-
жающий мимо поезд?
Иногда мелькание вагонов прекращается и пейзаж просмат-
ривается непрерывно, как будто поезд прозрачен. Этот эффект
обусловлен некоторым свойством зрения. Дело в том, что наши
глаза сохраняют ощущение изображения приблизительно в тече-
ние 1/20 с. Эта способность глаза называется инерцией зритель-
ного восприятия и создает так называемый стробоскопический
эффект.
Стробоскопический эффект первого типа — это восприятие в
условиях прерывистого наблюдения быстродвижущегося предме-
та неподвижным. Приборы, в которых используется стробоскопи-
ческий эффект этого типа, называется стробоскопами. Стробоскоп
содержит импульсный источник света с регулируемой частотой
вспышек.
Стробоскопический эффект второго типа — это восприятие
быстрой смены изображений отдельных моментов движения тела
как его непрерывного движения. На стробоскопическом эффекте
второго типа основано восприятие движения в кинематографе и в
телевидении.
Б. Решение расчетной задачи
Учитель предлагает обеим командам продолжить разговор об
эффектах наблюдений в стробоскопическом освещении. Речь пой-
дет о фотографировании движущихся объектов, освещаемых пе-
риодически вспыхивающим светом. Сначала командам пред-
стоит решить расчетные задачи, в которых надо не только верно,
но и быстро, используя особенности равноускоренного движения,
рассчитать расстояния, проходимые свободно падающим телом
через интервалы времени, соответствующие вспышкам заданной
частоты. (Капитаны получают условия задач.)
Затем в зрительном зале иллюстрируют полученные решения.
Задача
Рассчитать расстояния, проходимые свободно падающим телом через ин-
тервалы времени между вспышками, соответствующими стробоскопическому
освещению частотой 12,5 с-1 (для одной команды) и 8 с-1 (для другой
команды).
Пока команды решают свои задачи, учитель демонстрирует
плакат с копией фотографии падающего шара, полученной мето-
31
дом вспышек (см. рис. 1), и объясняет, как получить такую фо-
тографию. Он говорит, что если расположить фотокамеру в тем-
ной комнате и при открытом затворе фотоаппарата осветить дви-
жущийся объект интенсивной вспышкой света в течение очень
короткого интервала времени, то изображение получается только
в тот момент, когда объект освещен. Если осуществлять фотогра-
фирование в периодически повторяющемся освещении, то на фо-
тографической пленке будут видны последовательные положения
тела через равные промежутки времени.
Далее учитель рассказывает об использовании таких фотогра-
фий при изучении какого-либо движения.
Рассматривая плакат, он обращает внимание зрителей па по-
мещенную рядом сфотографированную шкалу для измерения рас-
стояний, подчеркивая следующие интересные особенности равно-
ускоренного движения:
— пути, проходимые за любые равные и следующие друг за
другом промежутки времени, увеличиваются на одну и ту же ве-
личину;
— если начальная скорость падения равна нулю, то пути, про-
ходимые телом за равные, следующие друг за другом промежут-
ки времени, увеличиваются на удвоенный путь, проходимый те-
лом за первый такой промежуток времени;
— при начальной скорости, равной нулю, отношение путей,
пройденных телом в течение следующих друг за другом интерва-
лов времени, равно отношению последовательных нечетных чисел.
В. Иллюстрация к ответу
Когда решение задачи закончено, ученики с помощью рулетки
отмеряют в зрительном зале от сцены вдоль рядов полученные
данные в натуральную величину. Зрители, на которых заканчи-
ваются измерения, получают флажки; поднимают их вверх, отме-
чая тем самым положение падающего тела через равные (задан-
ные) интервалы времени.
Жюри оценивает каждый вид деятельности одним баллом.
.9. Песенно-литературный конкурс
Зрители, поделившись на болельщиков соответствующих
команд (зрители меняются местами, группируясь около своей
команды), совместно с членами команд поочередно поют или
декламируют строки из песен либо стихов, где говорится о дви-
жении, например:
«Ветер по морю гуляет и кораблик подгоняет,
Он летит себе в волнах на раздутых парусах»;
«На простом велосипеде по деревне парень едет.
Едет, смотрит и дивится:
На столбе сидит девица»;
«Ехали на тройке с бубенцами, а вдали мелькали огоньки»;
32
«Гарун бежал быстрее лани, быстрей, чем заяц от орла».
Один балл выигрывают те, после кого наступила продолжи-
тельная пауза.
10. Конкурс капитанов «Прогулка с мячом»
Капитаны получают мячи и отвечают на вопросы:
1. В каких случаях вертикально подброшенный мяч не падает в руки
играющего?
2. Как получить известный в спортивных играх «резаный» мяч? В чем его
физические загадки? Покажите на опыте.
Ответы капитанов на эти вопросы оцениваются по одному
баллу.
Затем капитаны расходятся и медленно, равномерно идут на-
встречу друг другу, перебрасываясь мячом так, чтобы он летел
горизонтально и по возможности равномерно.
Победит тот, т. е. выигрывает два балла, кто поймает все бро-
шенные ему мячи и объяснит:
3. Как рассчитать путь, который пролетел мяч от начала «дуэли» до
встречи «дуэлянтов», если пренебречь временем пребывания мяча в руках.
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы на вопросы, задаваемые первой командой при разминке
1. В системе отсчета, неподвижно связанной с Землей, Солн-
це приблизительно в 30 раз быстрее движется, чем Луна.
Опыт показывает, что для большинства зрителей-болельщиков
такой краткий ответ далеко не очевиден. Члену жюри, который
судит разминку, необходимо дать краткие пояснения к тому, как
был получен такой ответ. Он говорит, что систему мира, в кото-
рой неподвижная Земля находится в центре Солнечной системы,
назвали геоцентрической: от древнегреческого слова «ге»— Зем-
ля. Ее разработал древнегреческий ученый Клавдий Птолемей.
В действительности верной является гелиоцентрическая система
мира: от древнегреческого слова «гелиос» — Солнце.
Земля совершает годичное движение вокруг Солнца по орби-
те, близкой к окружности, где 150 млн. км. Земля за год про-
ходит путь, равный 2 л/?, т. е. 1 млрд, км, перемещаясь со сред-
ней скоростью ~30 км/с.
Луна обращается вокруг Земли. Для характеристики двихсе-
ния Луны в астрономии введены два периода времени. Звездный,
или сидерический, месяц — это период обращения Луны вокруг
Земли относительно звезд. Он равен 27,3 земным суткам. Сино-
дический месяц — это период обращения Луны вокруг Земли от-
носительно Солнца. Он составляет около 29,5 земных суток. Рас-
считываем среднюю скорость движения Луны по орбите. Сред-
нее расстояние Луны от Земли 380 000 км. Луна обращается во-
3 Заказ № 1106
33
круг Земли по круговой орбите, совершая полный оборот за
27,3 суток. Ее средняя скорость равна ~ 1 км/с.
Отвечающие могут еще сравнить угловую скорость обращения
Солнца вокруг Земли за одни сутки, Луны — за 27,3 суток.
2. Если колесо катится без скольжения по прямой дороге, то
относительно неподвижной Земли траектория камня — циклои-
да — кривая, состоящая из бесконечного числа арок, каждая из
которых соответствует полному обороту колеса. Относительно
грузовика камень описывает окружность (рис. 2).
3. Путешествие на северо-восток по земному шару закончит-
ся на Северном полюсе.
Однако большинство учащихся уверены, что они обязательно
обойдут земной шар и вернутся в ту же точку, откуда вышли.
В таком случае следует изменить вопрос: если идти точно на во-
сток, то куда придешь? Только в этом случае вернемся на то ме-
сто, откуда вышли. Двигаясь же на северо-восток, мы по спирали
будем приближаться к северу до тех пор, пока не окажемся на
нем. На Северном полюсе направления на северо-восток не суще-
ствует. Наше путешествие закончено.
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой при разминке
1. Мы видим всегда только одно полушарие Лупы. Это зна-
чит, что обращение Луны вокруг собственной оси синхронизирова-
лось с обращением Луны вокруг Земли. Причиной этому, как счи-
тают специалисты, являются приливные течения на Луне, возни-
кающие в результате взаимного притяжения Земли и Луны. Из-за
трения приливные течения на Луне создают момент сил, замед-
ляющих вращение этого спутника Земли вокруг своей оси.
2. Относительно неподвижной Земли траектория жука, совер-
шающего равномерное и поступательное движение по лучу, кото-
рый в это же время равномерно вращается вокруг оси, есть спи-
раль, число витков которой зависит от скорости жука относи-
тельно диска и скорости вращения диска проигрывателя (рис. 3).
Относительно диска жук ползет по прямой.
3. На 2 км к северу независимо от порядка, в котором вы про-
ходите указанные расстояния.
Рекомендации к конкурсу «Старт и финиш»
Ученик может привести значения своей скорости не только от-
носительно неподвижной Земли, но и с учетом ее движения от-
носительно Солнца или относительно центра Галактики.
Нижеприведенные данные помогут ему составить оригиналь-
ный ответ.
Земля вращается вокруг собственной оси — это суточное вра-
щение. При суточном вращении любая точка Земли на экваторе
движется со скоростью 463 м/с, так она описывает окружность
радиусом 6371 км за 24 ч. Любая точка на широте 55° . (широта
Москвы 55°45') движется со скоростью 265 м/с по окружности,
радиус которой 3654 км.
34
Земля движется вокруг Солнца с постоянной скоростью, при-
близительно равной 30 км/с.
Наконец, собственное движение всей Солнечной системы про-
исходит со скоростью 20 км/с относительно Галактики.
Ответ к конкурсу «Донесение»
На рисунке 4 изображен график изменения координаты дви-
жущегося тела, соответствующий тексту этого задания.
Ответы к конкурсу «Любители животных»
Сокол ... 360 км/ч
Ласточка ... 120 км/ч
Колибри ... 100 км/ч
Охотничья собака ... 90 км/ч
Орел ... 86 км/ч
Заяц ... 65 км/ч
Медоносная пчела ... 50 км/ч
Муха ... 18 км/ч
Лошадь ... 13 км/ч
Рыба ... 4 км/ч
Черепаха ... 70 м/ч
Улитка ... 5,4 м/ч
Рисунок пешехода следует поместить между рисунками, на
которых изображены лошадь и рыба. Рисунок лыжника займет
место рядом с рисунком мухи. Бегун на 100 м достигает скорости
36 км/ч, что позволяет его рисунок расположить между рисунка-
ми пчелы и мухи. Сокол может состязаться с поездом, заяц — с
теплоходом и т. д.
3*
35
Ответы к домашнему заданию «Волшебная сказка
с физическими вопросами»
1. Старик жил на Северном полюсе. Именно в этом случае
векторная сумма трех указанных перемещений равна нулю. Од-
нако возвращение братьев в исходную точку возможно и вблизи
Южного полюса. Проведем у Южного полюса две параллели. По
условию задания расстояние между ними—10,6 км и такая же
длина у меньшей из них. Начнем движение из любой точки север-
ной параллели по направлению к южной, дойдем до нее, обойдем
по кругу, двигаясь на запад, и перейдем снова на северную. Так
окажемся в исходной точке.
2, 3. Белка относительно человека неподвижна, поэтому при
отсутствии внешнего обзора видела бы его неподвижным. В систе-
ме отсчета, связанной с Землей, белка имеет меньшую, чем чело-
век, линейную скорость. Это позволяет ей поддерживать одина-
ковую угловую скорость вращения.
4. Если плыть на ковре-самолете в потоке воздуха, как это
происходит с аэростатом, то никакого движения ветра мы бы не
ощущали. Значит, полет среднего брата можно сравнить с дви-
жением самолета.
5. Чтобы вновь увидеть закатившееся за горизонт солнце, на-
до увеличить линейную скорость движения. Ковер-самолет «дого-
нит» солнце тогда, когда его скорость станет равной скорости дви-
жения поверхности Земли при ее суточном вращении.
6. Достаточно лететь по параллели Москвы на запад со ско-
ростью 960 км/ч, чтобы во время полета солнце стояло на одном
месте. В наше время самолеты легко «догоняют» и «перегоняют»
солнце.
7. Известно, что изучение механического движения вне систе-
мы отсчета бессмысленно. Чтобы остановить движущиеся качели,
наблюдателя надо поместить на те же качели или на качели, дви-
жущиеся синхронно (и синфазно) с первыми. Если те и другие
качели начинают качаться вместе в одном и том же направлении
от одинаковых толчков, то относительно друг друга качели будут
неподвижными.
Ответы к домашнему заданию «Загадки движения»
Объясняя вид следов капель дождя на окнах вагона, движу-
щегося равномерно на прямолинейном участке пути, учащиеся
ошибочно складывают горизонтальный вектор скорости поезда и
вертикальный вектор скорости падения капель. Так как такая
ошибка часто встречается в ответах, то при оценке этого конкур-
са член жюри должен дать пояснение.
Будем считать движущийся поезд неподвижной системой от-
счета относительно наблюдателя. В таком случае относительно
поезда Земля движется со скоростью поезда (по модулю) в про-
тивоположном направлении. Тогда (как показано на рис. 5) ре-
зультирующую скорость можно определить из треугольника.
Зв
При увеличении скорости поезда след удлинится.
Доказательством вращения Земли вокруг своей оси -могут
быть опыты с маятником Фуко.
Ответ к задаче о пароходе и приливе состоит в следующем:
веревочная лестница поднимается вместе с кораблем, так как ко-
рабль неподвижен относительно воды.
Ответы к конкурсу «Опыты со стробоскопом»
Для расчета расстояний, проходимых свободно падающим те-
лом за равные промежутки времени, рекомендуем использовать
следующие интересные особенности равноускоренного движения.
Пусть за интервал времени между первой и второй вспышками
тело, падая с начальной скоростью, равной нулю, прошло путь
Н где v — частота вспышек, излучаемых стробоскопом.
При следующей световой вспышке мы увидим падающее тело
на расстоянии 4Н от начала отсчета или на 3 Н от положения
тела, зафиксированного в момент второй вспышки. Когда перио-
дически мигающий свет вновь осветит падающее тело, оно будет
на 9/7 от начала движения или на 5/7 от предшествующего
своего положения и т. д.
Ответы к конкурсу капитанов «Прогулка с мячом»
2. В спортивных играх с мячом спортсмены часто создают так
называемые «резаные» подачи мяча. Ударяя по мячу, они застав-
ляют его двигаться поступательно по выбранной траектории и
вращаться. Мяч, вращающийся вокруг своей оси, вовлекает во
вращение прилегающие к нему слои воздуха. Движение воздуха
вокруг мяча происходит в двух направлениях: одно — противопо-
ложно поступательному движению центра масс мяча, другое
совпадает с направлением, в котором движется мяч. Это значи-
тельно усложняет траекторию полета мяча.
3. Во время «дуэли» капитаны равномерно со скоростью v от-
носительно Земли движутся навстречу друг другу. Их относитель-
ная скорость по модулю равна 2 V. Если пренебречь временем
пребывания мяча в руках «дуэлянтов», то мяч в полете был
t— — , где I — расстояние, которое они прошли совместно.
2v
Если обозначить через vt скорость полета мяча, то он за вре-
I
мя «дуэли» пролетел путь s = —, где ш и v — проекции ско-
2t>
ростей Pi и о на направление движения.
II. ЭФФЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
В физике по современным данным различают четыре вида
взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и
37
слабое. С их проявлением мы встречаемся, изучая явления, про-
исходящие во Вселенной, на планетах Солнечной системы, иссле-
дуя вещество, живую клетку, атом и элементарные частицы.
Классическая механика Ньютона рассматривает два вида
взаимодействий — гравитационное и электромагнитное.
Называя вечер по динамике «Эффекты взаимодействий», мы
имели в виду не только два вида взаимодействий, что изучаются
механикой Ньютона, но и важный факт, который установил
Ньютон из наблюдений за движениями тел, а именно: действие
одного тела на другое не является односторонним—тела взаимо-
действуют, сообщая друг другу ускорения.
Мы посвятили этот вечер рассмотрению разнообразных взаим-
ных действий тел друг на друга и в конкурсах речь вели о зако-
нах динамики и о тех физических понятиях, которые связаны с
взаимодействиями. Название разминке дали «Только о силах» и
в основу ее положили понятие сила. Первому закону Ньютона
посвятили массовый конкурс болельщиков и решили провести его
в виде «поездки в автобусе», чтобы показать проявление инерции
в движущемся транспорте. Для углубления знаний о третьем
законе Ньютона организовали игру с перетягиванием каната.
Включили в содержание вечера рассмотрение некоторых удиви-
тельных проявлений взаимодействий (например, состояние неве-
сомости во время полета в космическом корабле вокруг Земли),
а также анализ с точки зрения физики обычных, знакомых ситуа-
ций, как, например, движение автомобиля и велосипеда на пово-
роте, человека в танце и т. д.
Одной команде предложили (в качестве домашнего задания)
взять «интервью у барона Мюнхаузена», написать текст этого
интервью и инсценировать его. Вопросы барону нужно задавать
такие, чтобы уличить его на основе законов динамики в физиче-
ских неточностях, с которыми мы встречаемся в его удивительных
рассказах, и, приведя физические законы, поспорить с ним. С ба-
роном можно обсудить ситуацию, в которой велосипедист въез-
жает на ступеньку лестницы, приподнимая переднее колесо свое-
го велосипеда.
Разумеется, что для выполнения этого задания надо еще раз
перечитать книгу Э. Распе «Приключения барона Мюнхаузена».
Другой команде предложили взять «интервью у космонавтов»,
роль которых выполняли учащиеся старших классов. С «космо-
навтами» обсудили некоторые проблемы физики, с которыми при-
ходится встречаться в космических полетах, и задали им несколь-
ко вопросов: действуют ли в орбитальных полетах законы Ньюто-
на? Почему при стартах и посадках космонавты испытывают пе-
регрузки, вследствие чего их вес увеличивается? Как уменьшают
вредное воздействие перегрузок на человека? Как тренируют кос-
монавтов к жизни и работе в условиях невесомости при подготов-
ке к длительным космическим полетам?
Для составления текста этого интервью рекомендовали книги,
написанные космонавтами Ю. А. Гагариным, Г. С. Титовым,
38
Г. Г. Береговым, А. А. Леоновым и другими, а также многочислен-
ные журнальные статьи о проблемах космических полетов,-Затем
инсценировали этот текст и подготовили необходимый реквизит,
т, е. подобрали слайды о космических полетах из типового обору-
дования учебно-наглядных пособий для общеобразовательных
школ по астрономии «Вопросы освоения космоса в курсе астро-
номии».
Опыт проведения такого вечера показывает, что зрителям
одинаково интересны инсценировки «интервью с космонавтами»
в двух формах.
Первая — учитель физики на вечере проводит импровизиро-
ванную пресс-конференцию. Учащиеся в костюмах космонавтов
отвечают на заранее подготовленные и известные им вопросы, ко-
торые задают члены их команды, находящиеся в зале.
Вторая — до вечера вопросы и ответы записывают на пленку,
которую заслушивают на вечере в сопровождении просмотра
диапозитивов.
В первом варианте ответственность учителя значительно воз-
растает: надо хорошо подготовить «космонавтов», так как разно-
образные вопросы могут задать все присутствующие в зале. На
трудный вопрос отвечает сам учитель.
Таким образом, в результате проведенного отбора содержания
вечера мы составили его программу, которую предлагаем чита-
телю.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Только о силах».
2. Конкурс «Внимание: невесомость!»
3. Конкурс «Действие и противодействие».
4. Проверка домашнего задания одной из команд — «Интер-
вью с бароном Мюнхаузеном».
Второе отделение
5. Проверка домашнего задания другой команды — «Школь-
ная пресс-конференция».
6. Конкурс «Взаимодействия на дорогах планеты».
7. Конкурс «Танцы и законы физики».
8. Конкурс «Поездка в автобусе».
9. Конкурс капитанов «Полет к Луне».
Тому, кого заинтересует тема этого вечера, мы предлагаем за-
ранее приготовить рисунки.
Для конкурса «Внимание: невесомость!» надо нарисовать на
одном большом листе бумаги друг под другом следующие тела:
перьевую авторучку, барометр-анероид, космонавта, плывущего
в кабине космического корабля при его свободном полете, пру-
жинный динамометр, весы, а на другом — изобразить другую се-
рию рисунков и так же в столбик один под другим. Это может
быть сосуд с водой, на поверхности которой плавает тело; чайник,
39
наклоненный так, что из его носика вытекает вода; сообщающие-
ся сосуды с однородной жидкостью, установившейся на одном
уровне. В верху второго листа крупными буквами можно сделать
надпись: «Возможны ли в состоянии невесомости такие ситуа-
ции?»
Для разминки каждая команда заранее готовит своим сопер-
никам сюжетный рисунок, например эпизод из жизни, где фигу-
рирует динамометр, измеряющий силу упругости. Конкретное зна-
чение этой силы на этом рисунке не указано. На рисунке необхо-
димо написать некоторые данные, которые «соперникам» позволят
ответить на вопрос: что покажет в этой ситуации динамометр?
Готовя разминку, ученики подбирают еще два вопроса (по одно-
му от каждой команды) о проявлении сил в природе.
Для экспериментального задания разминки нужно заранее
подобрать несложное оборудование, чтобы «соперники» могли на
опыте проверить правильность своего ответа на задаваемый во-
прос.
Для конкурса «Танцы и законы физики» соревнующиеся
команды пишут тексты докладов на тему «Механическая теория
танца», посвященные описанию нескольких танцевальных фигур,
подбирают музыкальное сопровождение. Балетмейстеры готовят
танцоров для иллюстрации доклада. Разумеется, это задание на-
до выполнить остроумно и весело. Популярный шуточный доклад
известного советского физика Я. И. Френкеля «Квантовая теория
танца» может послужить поводом для этого конкурса. Как при-
мер любопытной задачи П. В. Маковецкий в книге «Смотри в
корень» описывает некоторые фигуры космического вальса, объ-
единяя язык физики и танца. В книге Э. Роджерса «Физика для
любознательных» можно найти описание венского вальса.
Рекомендуя учащимся эту литературу, учитель предупреждает
их, что наибольший интерес представляет не повторение текстов,
а веселое творчество самих учеников. Ответственные за подготов-
ку этого конкурса должны найти проявление законов динамики в
танцах, анализируя танец как пример механического движения.
Рассмотрим подробнее содержание и проведение на вечере ото-
бранных конкурсов. Эти материалы помогут учителям физики
направить выдумку и творчество учащихся в определенное русло.
1. Разминка «Только о силах»
«Только о силах» — название этого конкурса, девиз разминки
и руководство к подбору вопросов.
Чтобы конкурс прошел более живо, интересно, ведущий в
своем вступительном слове сначала рассказывает о часто встре-
чающихся в обыденной речи разнообразных смысловых значениях
слова сила, затем напоминает присутствующим, каково содержа-
ние данного физического понятия. Ниже приводим примерный
текст такой беседы.
Ведущий. Слово сила в обыденной речи имеет много значе-
ний и допускает множество толкований. Например, об участниках
40
данного вечера можно сказать: «Все принялись за работу со.све-
жими силами»; «Будут сражаться изо всех сил»; «Победит в со-
ревновании сильнейший». Можно говорить о «силе привычки», о
«политике с позиции силы», о «творческих силах народа», о «со-
отношении классовых сил». О слабом человеке говорят, что у него
силенок не хватило выполнить предложенную работу. О сильном
человеке говорят: «Ну и силища!», выражая восхищение облада-
нием большой физической силой. Даже нечистая сила существует
в народных преданиях.
Присутствующие могут принести своей команде дополнитель-
ные очки, если дадут определение физического понятия сила и
приведут примеры различных сил, встречающихся в природе, си-
стематизируя их по трем видам: сила упругости, сила трения и
сила тяготения.
Затем присутствующие заслушивают ответы. Правильный от-
вет жюри оценивает одним баллом. Дале начинается разминка
команд.
Ниже приведем вопросы, которые можно выбрать для размин-
ки соревнующимся командам.
Вопросы первой команды
1. С самолета на парашюте сброшен груз массой 16 кг, который прикреп-
лен к стропам через динамометр. (Демонстрируют рисунок 6.) Парашют с гру-
зом достигает скорости установившегося движения и далее опускается равно-
мерно. Как менялись показания динамометра при падении груза?
2. Под действием каких сил Земля вращается вокруг Солнца и почему
она <не падает» на него?
3. Как нужно потянуть за конец нитки, намотанной на катушку, чтобы
катушка: а) удалялась от экспериментатора; б) приближалась к нему? Ответ
обосновать рассмотрением сил и подтвердить его опытом.
41
Вопросы второй команды
1. Что показывает динамометр в ситуации, изображенной на рисунке, если
стержень имеет массу 5 кг? (Демонстрируют рисунок 7.)
2. Почему человек может бежать по тонкому льду и не может стоять на
нем не проваливаясь?
3. Можно ли поставить на край стола плоскую коробку от конфет так,
чтобы ее большая часть свешивалась над полом? Осуществите свое предложе-
ние, используя предметы, выставленные на демонстрационном столе, но чтобы
они были не видны зрителям.
В ответе на третий вопрос второй команды можно использо-
вать плоскую коробку из-под шоколадных конфет и грузы раз-
ного размера.
За каждый правильный и полный ответ начисляется один
балл.
2. Конкурс «Внимание: невесомость!»
Цель этого конкурса — выявить знания учеников о странном
на первый взгляд физическом явлении: когда исчезает вес тела;
рассмотреть, выполняются или нет в этой ситуации изученные на
уроках физические закономерности.
Учитель. Невесомость — удивительное состояние. Удивле-
ние вызывает тот факт, что при наличии сил тяготения исчезает
вес тела. Физики по этому поводу шутят: «В условиях невесомо-
сти все выглядит так же, как в условиях весомости, за исключе-
нием отсутствия веса, в связи с чем при невесомости все выглядит
не так, как в условиях весомости.
(Помощники выносят стенд, на котором посередине прикреп-
лен лист бумаги с первой серией рисунков. Приглашаются два
участника (по одному от каждой команды). Они должны отве-
тить на вопросы, которые поочередно зачитывает ведущий, свои
ответы в виде да или нет написать рядом с рисунками на стенде,
один — слева, другой — справа.)
Ведущий. В невесомости, при свободном полете космиче-
ского корабля, т. е. в полете с выключенными двигателями:
I. Пишет ли перьевая ручка?
2. Космонавт, перемещаясь по кабине космического корабля, сделал не-
осторожное движение и стукнулся о предмет. Испытывает ли он боль?
3. Можно ли измерить давление воздуха в кабине космического корабля
барометром-анероидом?
4. Можно ли измерить вес тела при помощи пружинных весов?
5. Можно ли измерить массу тела при помощи рычажных весов?
Когда запись закончена и жюри оценило ответы, на сцену вы-
носят еще один переносной стенд, на котором посередине укреп-
лен большой лист бумаги с. другой серией рисунков.
К стенду вызываются другие члены команд (по три от каж-
дой команды). Они должны, так же как и их товарищи, справа и
слева от рисунков дать свои лаконичные ответы да или нет.
142
Задания и тип ответов аналогичны предыдущим. Учитель толь-
ко уточняет вопросы:
В условиях невесомости.
6. Плавает ли пробка на поверхности воды?
7. Вытекает ли вода из носика чайника, если его наклонить?
8. Справедлив ли закон сообщающихся сосудов?
После этого ведущий предлагает всем участникам данного
конкурса обосновать свои ответы с точки зрения физики. Оцени-
вают этот конкурс, давая один балл за каждый верный ответ и
один балл за каждое правильное объяснение.
3. Конкурс «Действие и противодействие»
(игра на перетягивание каната)
Хорошо известно, что не всегда достаточно легко определить
силы, возникающие в результате их взаимодействия. Могут воз-
никнуть и забавные ситуации, например лошадь, запряженная в
телегу. По законам физики на телегу и на лошадь действуют оди-
наковые по величине, но противоположно направленные силы.
А почему же все-таки лошадь везет телегу? И ответ, что эти силы
приложены к разным телам, не является убедительным.
Если этот пример учитель рассматривал на уроке, то на вече-
ре следует предложить учащимся дать физическое обоснование
игре на перетягивание каната. Цель этого конкурса — еще раз по-
казать учащимся, как понимать третий закон Ньютона.
Чтобы игра на перетягивание каната имела познавательное
значение, учитель в своем вступительном слове должен сначала
напомнить присутствующим формулировку третьего закона Нью-
тона, а затем предложить командам ответить на следующий во-
прос: если по законам физики на обе команды со стороны кана-
та действуют одинаковые по модулю силы, которые направлены
в противоположные стороны, то команды тоже действуют на ка-
нат с одинаковыми по модулю и противоположными по направ-
лению силами. Почему же все-таки одна из команд перетягивает
канат и выигрывает?
Затем проводится состязание на перетягивание каната. Жюри
оценивает конкурс двумя баллами: один — за полный и правиль-
ный ответ, другой — за победу в ловкости и силе.
4. Интервью с бароном Мюнхаузеном
— Уважаемый барон! Наш первый вопрос касается Вашего
рассказа «За волосы». Действительно ли утверждение о том, что
человек способен сам себя поднять за волосы, следует считать
Вашим главным физическим открытием?
Барон. Полагаю, что нет. Умение поднимать себя за воло-
сы — это не самое главное, совсем не физическое и, собственно,
не открытие.
43
— Вы, по своему обыкновению, шутите?
Барон. Нисколько.
— Чтобы ввести в курс дела присутствующих, не расскажите
ли Вы еще раз, как это случилось?
Барон. С превеликим удовольствием.
Это было во время войны с турками. Вообще, во время войны
со мною было много приключений. Однажды, спасаясь от турок,
попробовал я перепрыгнуть болото верхом на коне Но конь не
допрыгнул до берега, и мы с разбегу шлепнулись в жидкую грязь.
Нужно было выбирать одно из двух: погибнуть или как-то спа-
стись. Как вы думаете, что я выбрал?
— Что же Вы выбрали?
Барон. Угадайте! Я решил спастись. Но как? Ни веревки,
ни шеста — ничего под рукой не было. Но голова-то у нас всегда
под рукой. Голова у меня мыслящая. Я рванул себя за волосы и
таким образом вытащил из болота вместе с конем, которого сжал
обеими ногами, как щипцами.
— Разве может себя человек поднять за волосы?
Барон. Мыслящий человек просто обязан время от времени
это проделывать. Но позвольте у Вас спросить: почему вы на-
зываете это физическим открытием?
— Прежде всего потому, что это противоречит известным фи-
зическим законам. И потом — никто, кроме Вас, этого никогда не
проделывал.
Барон. Вы не правы. Умеете ездить на велосипеде?
— Не велогонщик — просто любитель велосипедных прогулок.
Барон. Тогда Вам приходилось въезжать с проезжей части
дороги на тротуар. Это, как Вы помните, делается так: когда
переднее колесо подходит к кромке тротуара, велосипедист под-
тягивает руль к себе При этом передняя часть велосипеда при-
поднимается и велосипедист без толчка въезжает на тротуар.
Разве это не напоминает Вам мои способности поднимать себя за
волосы?
— Теперь я понял, почему в самом начале нашей беседы Вы
уверяли, что способность поднимать себя за волосы не следует
называть новым физическим открытием.
Барон. Правильно, это выполняет всякий велосипедист,
въезжающий с проезжей части дороги на тротуар.
— Просим присутствующих принять участие в нашей беседе и
объяснить, почему барон не мог сам себя вытащить из болота, а
каждый велосипедист, подтягивая к себе руль, приподнимает не
только себя, но и свой велосипед
5. Школьная пресс-конференция
Учитель. Сегодня мы проводим пресс-конференцию, на ко-
торой должны обсудить проявление законов динамики в косми-
ческих полетах. Мы попросили учащихся (называет фамилии)
ответить на ваши вопросы по поставленной проблеме. Начнем со
44
старта ракеты. Вот как описывает Герман Степанович Титов на-
чало полета:
«Когда приезжаешь на космодром перед стартом, то видишь
устремленное ввысь огромное серебристое тело ракеты высотой в
многоэтажный дом, окруженное башнями и фермами обслужива-
ния, окутанное белым колеблющимся маревом испарений топли-
ва. Зрелище фантастическое! Как будто космический корабль, де-
тище человеческих рук, начинает жить независимо от людей
своей собственной жизнью.
Однако это не так. И вот уже слышится:
— Ключ на старт!
Пошли электронные часы. Пуск ракеты рассчитан с точностью
до третьего знака секунды. Далее новая команда:
— Зажигание!
Из-под ракеты вырывается ослепительное пламя. Раздается
оглушительный грохот. Массивные, ажурного плетения фермы,
будто скорлупка диковинного ореха, раскалываются на части и
освобождают стройную ракету. Сначала медленно, а затем все
быстрее и быстрее она набирает скорость. Важно одно: скорость
должна быть расчетной, чтобы полет прошел успешно».
Далее приступают к пресс-конференции, где вопросы к коман-
де, которая готовила ее, задают зрители.
Вопрос. В учебнике по физике для девятого класса вычис-
лена первая космическая скорость — 8 км/с и дано следующее
пояснение: «Такую скорость в горизонтальном направлении нуж-
но сообщать телу у поверхности Земли, чтобы оно не упало, а
стало ее спутником, движущимся по круговой орбите». Между
тем многочисленные телерепортажи и фотографии свидетельству-
ют, что ракета стартует вертикально вверх. Как это несоответ-
ствие объяснить?
О т в ет. Ракета обычно запускается вертикально, затем на со-
ответствующей высоте по заданной программе поворачивается на
некоторый угол к вертикали, и по прекращении работы двигателя
выводимый ею аппарат движется свободно по траектории, близ-
кой к круговой.
Вопрос. На уроках физики нам говорили, что при стартах и
посадках космонавты испытывают перегрузки, вследствие чего их
вес увеличивается. Увеличивается вес даже внутренних органов,
что вызывает болезненные ощущения и может стать опасным для
здоровья. Опасно ли для здоровья космонавтов участие в косми-
ческих полетах?
Отв ет. Перегрузка... Для одних это только термин, для дру-
гих — победа, которую они хотели и для которой у них нашлось
упорство и время, чтобы ее завоевать. Для третьих — тех, кому
не повезло,— перегрузки стали смертью.
Исследования и эксперименты установили, что здоровый и
тренированный человек удовлетворительно переносит 6—7-крат-
ное превышение своего веса в течение пяти минут; 10-кратное —
в течение двух минут и 12-кратное — в течение нескольких десят-
45
ков секунд, когда перегрузка действует в направлении грудь —
спина.
Систематические тренировки на центрифуге и наиболее без-
опасное положение летчика при старте помогают не только спо-
койно переносить перегрузки, но и сохранять ясную голову, сле-
дить за показаниями приборов. Что касается здоровья, то всякие
тренировки его только укрепляют, уносят лишний вес, усиливают
выносливость, дают великолепный, неоспоримый эффект.
Вопрос. С какими новыми, ранее незнакомыми ощущения-
ми космонавты встретились во время космических полетов?
О т в ет. Неожиданнным ощущением для большинства из них
является невесомость. Слово невесомость в начале XX в. приш-
лось придумать Циолковскому для обозначения совершенно не-
обычного состояния, которое наступает в ракете, когда она, от-
ключив двигатели, обращается вокруг Земли.
Специалисты космической медицины установили три группы
людей, по-разному переносящих невесомость. Первые ощущают
чувство падения. Они до смерти напуганы своим новым состоя-
нием, и ни о каких осознанных действиях у них не может быть и
речи. Им космос противопоказан. Вторая группа людей испыты-
вает разные неудобства: то им кажется, что они висят, как лету-
чие мыши, головой вниз, то они опрокидываются на спину. Не-
весомость отвлекает их внимание, снижает работоспособность.
Некоторым космонавтам в этом состоянии хорошо помогают рус-
ские кислые щи, которые входят в их меню.
К третьей группе относятся люди, которым невесомость не до-
доставляет заметных неприятностей. Они быстро приспосаблива-
ются к этому состоянию и даже испытывают радость, возбужде-
ние, подъем, парящее чувство свободы.
Учитель. У нас есть описание выхода космонавта из пилот-
ского кресла, который был выполнен во время полета А. Николае-
вым. Описание дал Ю. А. Гагарин:
«По графику, заранее разработанному на Земле, подходило
время одного из весьма важных опытов, который надлежало про-
вести Андриану Николаеву,— выход из пилотского кресла. Этого,
как известно, не делал ни я, ни Герман Титов. Естественно, мы
все ожидали этого момента с нетерпением и настороженностью.
Ведь никто не знал, что может произойти с космонавтом, когда
в состоянии невесомости он освободится от привязных ремней,
окажется в свободном «плавании», и сможет ли один, без чьей-
либо помощи, вернуться обратно в кресло. Вдруг он очутится под
потолком кабины и не сможет опуститься на свое рабочее место?
Вернувшись на Землю, он рассказывал нам, что это было удиви-
тельно приятное, ни с чем не сравнимое состояние: ничего не ве-
сишь, ни на что не опираешься и вместе с тем можешь все делать.
Все движения координированы, а зрение и слух безукоризненны:
все было видно, все слышно, что передавала Земля.
Павел Попович, может быть, с излишней горячностью осво-
бодился от привязных ремней и был тут же наказан за эту по-
46
спешность. Тело его мгновенно всплыло вверх, и голова удари-
лась о потолок кабины. Это был предметный урок того, что в
космосе надо вести себя осторожно.
Первое свободное «плавание» Андриана Николаева продол-
жалось около часа. Никаких затруднений при этом космонавт не
испытывал. Достаточно было коснуться пальцем стенки кабины,
чтобы поплыть в противоположную сторону, а коснувшись потол-
ка, опуститься в кресло».
Вопрос. Знаете ли вы курьезные случаи, которые случают-
ся с космонавтами, находящимися в состоянии невесомости?
Ответ. При первых полетах в космос не обошлось без курье-
зов. Сначала мы расскажем о случае из воспоминаний Г. С. Ти-
това:
«Г. С. Титов — первый человек, проживший сутки на борту
корабля в состоянии невесомости, рассказывал: заснуть ему уда-
лось почти сразу. Сказалась усталость первых трудовых часов в
полете. Проснулся Герман Степанович от неожиданного толчка
в бок. В чем дело? Прежде всего посмотрел на показания прибо-
ров. Все в порядке. И только взглянув на свои висящие в воздухе
руки, все понял и, не удержавшись, рассмеялся. Ну конечно, во
сне он нечаянно сам себя толкнул рукой и поэтому проснулся.
Заправив на всякий случай руки под привязные ремни, Гер-
ман Степанович спокойно заснул. И спал теперь уже так крепко,
что даже проснулся на целых 30 мин позже назначенного вре-
мени».
Теперь — случай из полета Ю. А. Гагарина.
Возможно, вы заметили, что крышечки туб прикреплены к
ним капроновыми нитками. И это не случайно. Так повелось во
времена первых космических полетов.
Первых, но не первого. Во время полета Юрия Гагарина это
не было сделано. И поэтому первому космонавту пришлось во
время завтрака несколько секунд ловить уплывающую крышечку.
Между прочим таким же непослушным оказался и карандаш,
которым Юрий Гагарин производил свои записи в бортовом жур-
нале. Это, конечно, было учтено при подготовке к последующим
полетам. С тех пор и карандаш привязывают к бортжурналу, и
крышечки — к тубам с пищей.
Учитель. Среди разнообразных штатных операций, выпол-
няемых во время полета, космонавты выходят в открытый космос
для работы и исследований. Владимиру Ляхову и Валерию Рю-
мину пришлось освобождать от сетки радиоантенны станции «Са-
лют-6»; Юрий Романенко и Георгий Гречко, Владимир Ковале-
нок и Александр Иванченков, Анатолий Береговой и Владимир
Лебедев проводили осмотр станций, демонтаж и частичную за-
мену научной аппаратуры, установленной на внешней поверхно-
сти станции; Светлана Савицкая испытывала прибор по резке и
сварке металлов. В ходе 150-суточного полета на борту орбиталь-
ного научно-исследовательского комплекса «Салют-7» — «Союз».
Владимир Ляхов, Александр Александров дважды совершали вы-
47
ход в космос для установки двух дополнительных солнечных ба-
тарей. Общая продолжительность пребывания в открытом космо-
се составила 5 ч 45 мин.
Вопрос. Какие ощущения испытывают космонавты от неве-
сомости в свободном плавании?
Ответ. На такой же вопрос ответил Алексей Леонов. Все
так же, как и в корабле, но еще удобнее. Простор всем движе-
ниям. Дышать хорошо. Пожалуй, лучше даже, чем на Земле.
Правда, скафандр несколько сопротивлялся изменению формы
моего тела, сгибанию рук и ног. Поэтому нужны усилия, чтобы
работать.
Вопрос. Не похоже ли «плавание» в космосе на плавание
в воде?
Ответ. И вновь ответ Алексея Леонова: нет! В воде чувст-
вуешь обтекание тела, сопротивление среды. И тело надо дер-
жать в более или менее определенном положении. Здесь же — ви-
таешь, как нравится. Я распростер, например, руки, ноги и повис.
А подо мною — Земля.
Вопрос. Как тренируют космонавтов к работе в открытом
космосе?
Ответ. На Земле тщательно отрабатывается каждая опера-
ция. Тренировки проводятся в гидробассейне, так как моделиро-
вание невесомости в воде в какой-то степени похоже на реаль-
ные условия работы в космосе.
Вопрос. Как уменьшить вредное воздействие перегрузок на
человека?
Ответ. Прежде всего тренировками, затем положением кос-
монавта в кресле (почти лежа) и формой кресла. Кресло созда-
ют персонально для каждого космонавта, при этом его форма
полностью соответствует фигуре космонавта.
6. Конкурс «Взаимодействие на дорогах планеты»
При подготовке этого вечера (за неделю до состязаний) учи-
тель должен объяснить участникам конкурса, что им предстоит
дать полезные советы начинающим автомобилистам (одна коман-
да) и велосипедистам (другая команда), связанные с преодоле-
нием поворотов, т. е. чтобы сделать движение на повороте более
безопасным. Для этого необходимо рассмотреть взаимодействие
земли (дороги), транспортных средств и водителя; рассмотреть
силы, действующие в данной ситуации. Свои рекомендации можно
иллюстрировать рисунками.
Для лучшей подготовки учитель дает учащимся следующие
вопросы:
Команде 1
1. Почему на повороте не следует резко тормозить?
Предположим, вы уже совершили поворот руля и вдруг решили, что едете
слишком быстро. Что произойдет, если вы резко нажмете на педаль тормоза?
И почему?
48
2. Гонщики нажимают на педаль газа, выходя из поворота, но не да пово-
роте. Почему?
3. Опытные водители рекомендуют при торможении на скользкой дороге
не «выключать сцепления», т. е. не отсоединять колеса от двигателя. Почему
такой способ торможения безопаснее?
Команде 2
I. Все видели, что велосипедист на повороте наклоняется. Угол наклона
зависит от скорости движения (возрастает с ее увеличением) и от радиуса
окружности (возрастает с его уменьшением при одной и той же скорости дви-
жения).
Л зависит ли угол наклона от массы велосипедиста, т. е. должен ли угол
наклона быть одинаковым при одной и той же скорости для отца и его деся-
тилетнего сына? Ответ обосновать.
2. Почему при выполнении поворота на влажном асфальте велосипедист
должен предусмотреть появление опасного скольжения?
3. Почему на автострадах и велосипедных треках у крутых поворотов до-
роги полностью сделаны с наклоном к центру вращения?
На вечере, открывая этот конкурс, учитель в своем вступи-
тельном слове должен подчеркнуть, что для начинающих води-
телей и опытных гонщиков существуют одни и те же физические
законы. Между тем один испытывает неприятности, другой спо-
койно проходит поворот. В чем причина? Приводим текст такого
вступления.
Ведущий. Поворот — опасная часть пути. Рассмотрим дви-
жение на этом участке траектории автомобиля и велосипеда. Если
за рулем автомашины начинающий водитель, то, как правило, на
закруглении дороги с его машиной возникает масса неприятно-
стей: крен, занос, опрокидывание.
Между тем на автомобиль, за рулем которого может оказать-
ся и начинающий водитель и опытный, действуют одни и те же
силы. Но так складываются условия, что одним поворот удает-
ся, а другие на нем терпят аварию.
Далее ведущий знакомит с заданием, которое соревнующиеся
команды получили до встречи, и предлагает начать выступление.
Каждый полезный совет оценивается одним баллом.
7. Конкурс «Танцы и законы физики»
Ведущий. Однажды известный советский физик И. Я. Френ-
кель произнес в Ленинградском физико-технологическом институте
речь «Квантовая теория танца». Эта речь напечатана в сборнике
«Физики продолжают шутить». «Что такое танец?» — начал с во-
проса свою речь Я. И. Френкель. И на этот вопрос ответил: «Та-
нец представляет собой ряд телодвижений. Всякое движение тел
есть движение механическое. Следовательно, и танец—механиче-
ское явление. Поэтому танцы должны изучаться механикой, пы-
тающейся, как известно, почти все явления свести к движению».
4 Заказ № 1106
49
Затем Я. И. Френкель в своем докладе в шуточной форме объяс-
няет эволюцию танца на основе законов квантовой механики.
Я. И. Френкель — физик-теоретик, труды которого относятся к
разделу физики «Квантовая механика», отсюда и название произ-
несенной им речи — «Квантовая теория танца».
Затем соревнующимся командам предлагают, следуя примеру
Я- И. Френкеля, написать и представить зрителям (устно) и жю-
ри (письменно) небольшие доклады на тему «Механическая тео-
рия танца», так как в девятом классе изучается классическая ме-
ханика, созданная трудами Галилея и Ньютона.
Эти доклады можно посвятить описанию нескольких танце-
вальных фигур и одновременно классической механике. Они мо-
гут звучать в виде шутки, где, например, сначала надо описать, с
чего начинается танец. Оказывается,— с выбора партнера, с ко-
торым предстоит взаимодействовать в течение танца. Немало-
важный фактор — выбор нулевого отсчета времени. Последнее
особенно касается тех, кто медлителен, труслив или чересчур раз-
борчив. Если вовремя не начать отсчет времени, то танец может
состояться и без участия некоторых, пришедших потанцевать. Но
можно написать доклады и вполне серьезно: например, надо объ-
яснить вращение танцевальной пары в вальсе на основе законов
классической механики.
Звучит вальс. Ведущий предлагает какой-либо паре (юноше и
девушке) его станцевать. Они выполняют танцевальные фигуры,
описание которых дает учитель Текст приводим ниже.
Учитель. Предложим партнерам занять исходную позицию,
повернуться лицом друг к другу и взяться за руки. Сейчас они
неподвижны относительно Земли. Отталкиваясь от земли, юноша
начинает медленное вращение вокруг оси, проходящей через
общий центр тяжести системы тел юноша — девушка. Партнер
действует на свою даму с некоторой силой. Эта сила обеспечи-
вает появление центростремительного ускорения, и, не прибли-
жаясь к нему, девушка также начинает медленно вращаться (на
одном или на двух каблуках). Хотя масса юноши больше массы
девушки, силы взаимодействия согласно третьему закону Ньюто-
на одинаковы по модулю и противоположны по направлению.
Каждый вращается по окружности определенного радиуса. От-
чего зависят радиусы этих окружностей? — с таким вопросом учи-
тель обращается к зрителям.
(Слышатся ответы: от массы танцующих.)
Докажем на опыте, что массивный партнер располагается на
меньшем расстоянии от оси вращения.
(В зале при общем веселье выбирается самый крупный юно-
ша и, если девушка не возражает, исполняет с ней вращение.)
Танцующий при вращении инстинктивно подбирает так радиус
своей орбиты, чтобы произведение его массы на расстояние от
оси вращения было равно произведению массы второго участника
на его расстояние от общего центра вращения.
50
Увеличим частоту вращения и убедимся, что согласно1 второ-
му закону Ньютона увеличивается и сила, необходимая для того,
чтобы удержать своего партнера на окружности.
Предложим юноше перенести свои руки на талию девушки и
вращать ее по часовой стрелке. И опять юноша вращается совме-
стно с девушкой, с которой он взаимодействует во время танца,
вокруг общего центра масс.
А если каждый из танцующих отпустит руки партнера, то, со-
храняя скорость, продолжит движение по инерции, т. е. по каса-
тельной к окружности.
(Каждому из танцующих предлагают продолжить вращение
отдельно.)
Однако фактически каждый все же танцует в паре с Землей.
Вращается он только потому, что заставляет земной шар вра-
щаться в противоположную сторону, отталкиваясь от него. Этот
партнер (Земля) надежен, так как сила притяжения не дает воз-
можности покинуть его, партнер очень массивный приобретает
малое ускорение при взаимодействиях и является надежной опо-
рой в танцах.
Далее ведущий предлагает командам выступить со своими до-
кладами и проиллюстрировать их движениями танцующих пар.
Жюри по трехбалльной системе оценивает выполнение теоре-
тической части задания (доклад) и отдельно по такой же систе-
ме—практической части (танец).
8. Конкурс «Поездка в автобусе»
Все присутствующие в зале, поделившись на болельщиков
двух команд, должны представить себя пассажирами автобуса.
Каждый получает надутый детский шарик и держит его за ни-
точку в левой руке, поднятой вверх. Этим шариком надо пока-
зать, как меняется положение тела пассажира относительно си-
денья (кресла), т. е. относительно Земли, в разных ситуациях,
возникающих при движении в автобусе: например, автобус резко
или плавно отъезжает от остановки, резко или плавно тормозит,
подъезжая к ней; делает на большой скорости правый или левый
поворот; движется по шоссе равномерно и прямолинейно.
Конкурс построен по типу известной детской игры на вни-
мание.
Ведущий информирует присутствующих, как в данный момент
едет автобус. Информацию свою подает эмоционально, в быстром
темпе и беспорядочно, не соблюдая порядка и в движении авто-
буса, с частым повторением одинаковых ситуаций.
Все члены жюри следят за тем, как болельщики реагируют на
команды ведущего, и в заключение командам начисляют от одно-
го до трех баллов в зависимости от числа ошибок (неверных по-
ложений шарика), допущенных при исполнении команд.
4*
51
9. Конкурс капитанов «Полет к Луне»
Задание первое (общее для двух капитанов). Вспомни-
те, в каких литературных произведениях описаны путешествия на
Луну. Какими способами литературные герои попали на наш есте-
ственный спутник? Возможны ли с точки зрения физики эти спо-
собы?
Задание второе (капитану первой команды). Докажите,
что сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем сила тяжести
на Земле.
(Капитану второй команды.) Дайте ответ на основании про-
читанных вами материалов и просмотренных передач об изуче-
нии космического пространства: как на Земле имитировать лун-
ную гравитацию, чтобы тренироваться и подготовиться к ходьбе
на Луне?
Задание третье (оно состоит из трех частей).
Учитель. Я прочитаю отрывок из книги М. И. Блудова «Бе-
седы по физике», который называется «Станция назначения —
Луна». В нем приводятся этапы освоения Луны человеком с по-
мощью автоматических станций. Намеренно не буду произносить
даты — буду делать паузы. (Во время таких пауз капитаны долж-
ны записать эти даты (год и месяц) на доске. Текст зачитывают,
но даты не произносят.)
«После того как первые космические аппараты достигли по-
верхности Луны и сфотографировали ее поверхность с близкого
расстояния, стал вопрос об осуществлении мягкой посадки на Лу-
ну и непосредственном исследовании ее грунта. Такая посадка
была выполнена советской автоматической станцией «Луна-9» в
феврале 1966 г. Станция передала на Землю панораму лун-
ного ландшафта в Океане Бурь и позволила сделать заключение
о характере и прочности лунного грунта.
Американская программа «Аполлон» поставила целью от-
правку пилотируемых кораблей и в конечном счете высадку чело-
века на Луну с возвращением на Землю. Облет Луны пилоти-
руемым кораблем «Аполлон-8» и следующие за ним полеты ко-
раблей «Аполлон-9» и «Аполлон-10» были проведены с целью
отработки важнейших моментов управления и подготовки к мяг-
кой посадке астронавтов на Луну. С мыса Кеннеди стартовала
ракета «Сатурн», унося корабль «Аполлон-11» в направлении к
Луне 16 июля 1969 г. Через 103 ч полета 20 июля он совер-
шил посадку в районе Моря Спокойствия. Первый человек Нил
Амстронг ступил на поверхность Луны 21 июля 1969 г. Через
20 мин второй астронавт Эдвин Олдрин присоединился к нему.
Большое достижение советской науки и техники — автомати-
ческая станция «Луна-16». Она в районе Моря Изобилия совер-
шила мягкую посадку 20 сентября 1970 г. По команде с Зем-
ли автоматический бур провел сверление лунного грунта и взял
образцы лунной пыли.
В том же 1 97 0 г. автоматическая станция «Луна-17» доста-
62
вила на Луну самоходный аппарат «Луноход-1», который .около
II месяцев (до октября 1971 г.) по команде с Земли переме-
щался, «осматривал» окружающую его местность, «трогал» грунт,
выполнял большой комплекс разнообразных научных исследо-
ваний.
Автоматическая станция «Луна-20» по команде с Земли взяла
образцы грунта в горном районе в феврале 1972 г.».
Предлагают капитанам и зрителям совместно с известными
литературными героями и космонавтами совершить «полет к Лу-
не». Участников вечера необходимо подготовить к такому путе-
шествию, для чего следует провести небольшой «предстартовый
инструктаж». В то время как капитаны готовят ответы на первые
два вопроса, учитель рассказывает о Луне, приводит сравнитель-
ные данные Земли и Луны. Это поможет всем в зале понять, как
меняются условия жизни и работы на Луне по сравнению с усло-
виями на Земле, и оценить правильность ответов капитанов. При-
водим текст такой беседы
Учитель. Луна—естественный спутник Земли, ближайшее
к нам космическое тело, которое на протяжении многих столе-
тий привлекала к себе внимание человечества. Луна совсем не
шарообразна, однако можно записать ее средний радиус Он ра-
вен 1738 км; это значительно меньше, чем средний радиус Земли,
который равен 6400 км. Масса Луны меньше массы Земли в
81 раз. Сила тяжести на Луне в шесть раз слабее земной.
Чтобы совершить круговой полет вокруг Земли, нужно раз-
вить скорость у поверхности Земли 8 км/с. Чтобы покинуть Луну,
нужна скорость 2,5 км/с.
Так как лунная гравитация в 7в слабее земной, то, попав ца
Луну, человек получит возможность передвигаться прыжками.
При этом он будет подпрыгивать на высоту 2,5—3 м и более, а в
длину перемещаться на 5—10 м. Непросто при таком способе пе-
редвижения удерживать равновесие путем согласованных движе-
ний рук и ног. Несоответствующее по силе и нескоординированпое
(затянутое или резкое) движение рук во время удлиненного
прыжка может привести к вращательному движению туловища.
Таким образом, необходимо тренировать на Земле ходьбу по
лунной поверхности, так как уменьшение силы притяжения к Лу-
не ведет к значительному изменению двигательного акта при
ходьбе. Как это делается?
При оценке конкурса жюри исходит из следующего: макси-
мальное число баллов за выполнение первого задания — 3, вто-
рого — 1, третьего — /
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы на вопросы, задаваемые первой командой
при разминке
1. В незатяжном прыжке с парашютом можно выделить три
этапа.
Первый этап — падение груза с нераскрытым парашютом.
S3
При таком движении (с ускорением свободного падения) показа-
ние динамометра равно нулю.
Второй этап. Во время раскрытия парашюта резко возрастает
сила сопротивления воздуха, которая больше силы тяжести. Груз
теперь падает замедленно. Ускорение, направленное вверх, посте-
пенно убывает до нуля; скорость при этом также уменьшается
до некоторого значения, соответствующего равномерному движе-
нию груза. Динамометр показывает разность между силой со-
противления воздуха и силой тяжести.
Третий этап. При дальнейшем равномерном опускании груза
сила тяжести равна силе сопротивления воздуха. Динамометр по-
кажет силу 160 Н.
2. Вопрос о том, почему Земля «не падает» на Солнце, дале-
ко не тривиальный. Человек задавал его себе с давних времен.
Возникает он вполне закономерно, так как мы привыкли видеть
вокруг, что каждое тело должно иметь какую-либо опору; в про-
тивном случае оно должно падать вниз, к Земле.
Земля такой подставки (опоры) не имеет; следовательно, она
непрерывно «падает» на Солнце, так как Солнце притягивает
Землю (соответственно Земля притягивает Солнце). Однако на-
ша планета, подобно космическому кораблю-спутнику, совершает
вечное орбитальное движение вокруг Солнца со средней скоро-
стью приблизительно 30 км/с. Наличие такой скорости не позво-
ляет Земле приблизиться к Солнцу или удалиться от него. Она
имеет стационарную орбиту обращения благодаря существующе-
му всемирному тяготению и быстрому движению вокруг Солнца.
3. Сила, приложенная к телу, которое способно вращаться,
сообщает ускорение в направлении поступательного движения и
приводит тело во вращение
Чтобы катушка не удалялась от экспериментатора, нужно по-
тянуть за конец нити так, как показано на рисунке 8, а. В слу-
чаях, показанных на рисунках 8,6 и 8, в, катушка приближается
к экспериментатору.
54
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой
при разминке
1. Плотность материала, из которого сделан стержень, по
всей длине одинакова. Силы давления слева и справа равны.
Следовательно, динамометр покажет ?»25Н.
2. Результат действия силы на тело зависит не только от ее
величины, но и от времени действия. Когда человек бежит по
тонкому льду, время действия силы тяжести очень мало — за это
малое время лед не успевает проломиться.
3. Внутри коробки необходимо создать область большей плот-
ности. Для этого надо поместить в коробку плоский тяжелый
предмет и ту часть коробки, где находится этот предмет, поста-
вить на стол.
Ответы к конкурсу «Внимание: невесомость!»
1. Перьевой ручкой можно писать в условиях невесомости.
Это объясняется тем, что в жидкостях существуют силы по-
верхностного натяжения. К эффектам, вызываемым их дейст-
вием, мы настолько привыкли, что эти силы не замечаем. Одна-
ко в природе и в нашей жизни они играют большую роль. Без
них автоматическая чернильная ручка поставила бы большую
кляксу, выпустив сразу весь запас чернил. Не образовывалась бы
пена, помогающая смыть грязь.
Действие перьевой ручки основано на явлении капиллярно-
сти, которое сохраняется в условиях невесомости.
2. От ушиба в невесомости космонавт испытывает боль, так
же как в состоянии «весомости».
Известно, что при оценке результата удара важны оценки
импульсов взаимодействующих тел.
3. Барометром-анероидом можно пользоваться для измерения
давления воздуха в космическом корабле при его свободном по-
лете. Главной частью барометра-анероида является металличе-
ская коробочка с волнистой гофрированной поверхностью, из ко-
торой выкачан воздух. Стрелка показывает, как меняется давле-
ние. Давление газа объясняется ударами молекул о какую-либо
поверхность.
4. Пружинными весами нельзя измерить вес тела в невесомо-
сти, так как в этом случае вес тела отсутствует и в пружине не
возникают деформации.
5. Массу тела рычажными весами в условиях невесомости оп-
ределить нельзя, так как весы — это равноплечный рычаг. В зем-
ных условиях равновесие весов наступает тогда, когда масса гирь
равна массе взвешиваемого тела, о чем судят по горизонтально-
му положению стержня — рычага.
В невесомости и опоры (чаши весов), и тела, лежащие на них,
падают к Земле с ускорением свободного падения, поэтому при
любом соотношении массы тела и массы гирь весы будут нахо-
диться в равновесии.
55
6. Пробка не сможет плавать на поверхности воды в невесо-
мости.
Она будет плавать вместе с другими предметами (если они
не закреплены) по кабине космического корабля.
7. В невесомости вода не вытекает из носика чайника, когда
его наклоняют. Известно, что причиной вытекания жидкости из
носика наклоненного чайника в обычных условиях является раз-
ность давлений на разных уровнях, а однородная жидкость в со-
общающихся сосудах любой формы должна находиться на одном
уровне; поэтому, стремясь к этой закономерности, жидкость выте-
кает из наклоненного носика чайника.
В невесомости исчезает вес и поэтому давление в жидкости на
всех уровнях одинаково. В невесомости жидкость не вытекает —
ее надо из сосуда выталкивать или выдавливать. В связи с этим
вспомним об особых упаковках пищи космонавтов.
8. Закон сообщающихся сосудов в условиях невесомости не
выполняется.
Ответ к конкурсу «Действие и противодействие»
Упростим задачу и допустим, что канат перетягивают только
два мальчика (рис. 9).
Мальчики действуют друг на друга через канат с равными по
модулю и противоположно направленными силами Ft и F?. Если бы
мальчики стояли на льду, то появились бы противоположно на-
правленные ускорения и мальчики двигались бы навстречу друг
другу.
В нашем примере мальчики стоят на полу, упираясь в его ше-
роховатую поверхность и отталкивая землю назад (силы Е4 и Е6).
По третьему закону Ньютона земля действует на каждого маль-
чика с такой же по модулю, но противоположно направленной
силой F3 и Fs. Таким образом, взаимодействие мальчиков через
канат (силы Ft и Е2) и взаимодействие каждого мальчика с зем-
лей (силы Е3 и Fs) обеспечивают перетягивание каната мальчи-
56
ком, который оказывается сильнее, т. е. сильнее опирается о
землю.
Ответы к домашнему заданию «Интервью с бароном
Мюнхаузеном»
В этом конкурсе соревнующиеся команды и зрители обсужда-
ют две ситуации: 1) почему барон не может поднять себя за во-
лосы; 2) почему велосипедист, приподнимая переднее колесо, спо-
собен въехать с дороги на тротуар.
Ответ 1. Барон не мог сам поднять центр тяжести системы
тел всадник — лошадь над поверхностью земли. Никакие внутрен-
ние силы не могут сообщить телу движения; эти силы могут сбли-
зить или раздвинуть отдельные части тела, а его центр тяжести
остается на месте. Иными словами, силы взаимодействия между
телами изолированной (замкнутой) системы не могут изменить
положения центра масс (тяжести) системы.
Ответ 2. Велосипедист не смещает центра тяжести системы
тел человек — велосипед. Он подтягивает руль к себе и сам при-
ближается к земле, при этом сближаются части системы, что не
противоречит ранее сказанному. За счет этих действий переднее
колесо велосипеда приподнимается над поверхностью земли.
Ответы к конкурсу «Взаимодействия на дорогах планеты»
Для первой команды. Напомним, что тело по инерции стре-
мится двигаться по касательной к траектории с неизменной ско-
ростью. Если на тело действует сила, перпендикулярная скоро-
p. mv-
сти и равная г =----, то тело движется по окружности, радиус
которой /?. Поворот надо проходить с наименьшей скоростью. Во-
дитель должен стремиться ехать по дуге максимального радиуса,
используя всю ширину поворотной полосы. Это поможет водите-
лю обеспечить требуемую для движения по окружности силу за
счет взаимодействия с дорогой.
При резком торможении на повороте возрастает сила трения
Е- mv'2
и равенство нарушается, что может привести к аварии.
Непрерывный и плавный поворот переднего колеса с помощью
руля обеспечит изменение направления движения автомобиля
(движение по окружности). Выходя из поворота, водитель нажи-
мает педаль газа и тем самым ускоряет ход автомобиля.
Для второй команды. Сначала объясним, что угол наклона ве-
лосипедиста не зависит от его массы. Для этого рассмотрим си-
лы, действующие на велосипедиста при повороте. Анализируем
такое движение в системе отсчета, связанной с Землей. Поворот
обеспечивается действием силы реакции опоры со стороны доро-
ги, силы трения и силы тяжести. Чтобы равнодействующая, обес-
печивающая появление центростремительного ускорения а и,
следовательно, создающая изменение направления скорости дви-
жения, была направлена к центру, велосипедист должен накло-
57
ниться в сторону поворота. Умелый велогонщик всегда наклоня-
ется на такой угол, чтобы равнодействующая всех сил, действую-
щих на него, была равна Член жюри, дающий пояснения
к этому конкурсу, демонстрирует рисунок 10.
Вычисляя тангенс угла наклона как отношение катетов пря-
моугольного треугольника, можно убедиться, что угол наклона не
зависит от массы велосипедиста.
Полезный совет вторая команда может дать тем, кто строит
шоссе для велосипедных гонок: шоссе на виражах нужно строить
под наклоном, т. е. горизонтально, для велосипедиста, который
резко наклоняется (рис. 11), чтобы не чувствовать себя на пово-
роте как на склоне горы, где легко поскользнуться и упасть
(рис. 12).
Ответы к конкурсу капитанов «Полет к Луне»
Задание первое.
1. Космический полет героям научно-фантастической повести
Г. Уэллса «Первые люди на Луне» обеспечивает пластина из
специального вещества — кейворита, экранирующего силу тяго-
тения. Уэллс так описывает испытание первого образца кейвори-
та: «Печные трубы взлетели на воздух, за ними последовали кры-
ша и мебель... Деревья раскачивались и вырывались из земли...
Над нашим кейворитом давление воздуха сверху прекратилось,
воздух же по сторонам кейворита продолжал давить... Образо-
вался как бы атмосферный фонтан... бьющий в небесное про-
странство! Через него улетучилась бы вся земная атмосфера!»
2. Барон Мюнхаузен дважды побывал на Луне. В первый
раз — с помощью огородного овоща, который растет очень быст-
ро и порою дорастает до самого неба. Это турецкие бобы, один из
которых барон посадил в землю, а он дотянулся до Луны. Во вто-
рой раз его корабль подняла до Луны ужасная буря. Шесть не-
дель носил ветер корабль над самыми высокими тучами. Наконец
он увидел круглый сверкающий остров. Это, конечно, была Луна.
3. Сирано де Бержерак, герой Эдмона Ростана, знает несколь-
ко способов, как добраться до Луны.
«Первый: в утренней росе ложитесь голым под оконцем — вы
испаритесь так, как все росинки, поднятые солнцем!
68
Второй: на мельнице крестьянской, при ветре крылья отпилив,
вы понесетесь с силой адской под сень космических олив!
Третий: взяв ядро стальное, набейте порохом, взрывайтесь и
неситесь...
Четвертый: воздушный шар приклейте к бороде, и шарик уне-
сет вас.
Пятый: лечь на железный лист и сильными рывками магнит
подбрасывать. Он лист железный с вами подтянет кверху. Вы
опять подбросьте. Так до Луны и упражняйтесь!»
Задание второе.
1.
2. На Земле можно имитировать лунную гравитацию, если к
человеку прилагать силу, направленную противоположно силе
земного тяготения. Для этого используют или пружины, или че-
ловека погружают в воду. Часть веса человека можно компенсиро-
вать с помощью специальной системы подвесок; с помощью тро-
сов и мягкого крепления поддерживают голову, грудную клетку,
бедра и голени обеих ног. Подвески, удерживаемые специальной
тележкой, перемещающейся по рельсам и управляемой операто-
ром, все время передвигаются за человеком. Лунную гравитацию
можно имитировать, создавая чувство движения. Для этого ис-
пользуют экран-площадку из стекла или прозрачного пластика.
Снизу на экран проецируют изображение местности. Мотор проек-
тора перемещает изображение поверхности к человеку на рас-
стояние, соответствующее прыжку; мотор приводится в движение
тензодатчиками на ботинках.
Хорошие условия тренировки могут быть созданы с помощью
реактивного ранца, который постоянно ориентирован к Земле и
обеспечивает силу тяги 5/6g.
III. ЧЕЛОВЕК И ЭНЕРГИЯ
Содержание этого вечера определяем в соответствии с позна-
вательными и воспитательными целями изучения данной темы в
девятом классе.
Энергия — это наиболее важное физическое понятие в науке.
Ясное представление смысла этого понятия и оценка его важно-
сти для физических и биологических процессов — первая тема для
обсуждения на вечере.
С энергией тесно связано и понятие механическая работа. Как
правило, физиологическую работу, производимую человеком, уча-
щиеся принимают за механическую: например, переноску груза с
постоянной скоростью по горизонтальной поверхности связывают
с совершением механической работы. Этот пример и ему подоб-
ные могут быть предложены командам при разминке. Темой раз-
59
минки выберем вычисление работы в различных жизненных си-
туациях.
Интересны конкурсы, в которых физические законы помогают
познавать самого себя и свои физические возможности: например,
рассчитать мощность, развиваемую человеком при подъеме по
лестнице вверх.
Большое воспитательное значение имеют конкурсы, показы-
вающие, как борются ученые, отстаивая свои идеи; конкурсы, де-
монстрирующие логику развития любых научных открытий.
И конечно, на данном вечере должны быть рассмотрены тех-
нические данные машин и механизмов, облегчающих труд чело-
века.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Велика ли работа?».
2. Конкурс «Расчет мощности, развиваемой человеком при
подъеме по лестнице».
3. Конкурс «Загадка древних о правилах рычага».
4. Проверка домашнего задания одной из команд — «Рыцарь
IX Б».
5. Конкурс рыцарей.
Второе отделение
6. Проверка домашнего задания другой команды — «Опыты
по трению».
7. Конкурс «Спор, который длился 100 лет».
8. Конкурс спортивных комментаторов.
9. Конкурс «Парад отечественных легковых автомобилей».
10. Конкурс капитанов «Что говорит вам собственный опыт?».
Рассмотрим подробнее подготовку этого вечера.
Для выполнения экспериментальных заданий в конкурсах 2 и 3
(см. программу) ученики-лаборанты подбирают два комплекта
оборудования, куда входят измерительная лента, секундомер,
ножницы с длинными лезвиями для раскроя ткани.
Для обсуждения особенностей и условий физиологической и
механической работ (первое задание разминки) нужны чемодан и
спортивная сумка с наклейками, на которых указывается масса
данного груза.
Для организации спортивного состязания между капитанами
по подъему тяжестей нужно приготовить грузы (спортивные гири
или гантели).
Если команды для домашнего задания выбирают инсцениров-
ки рассказов, то для показа опытов к ним готовят соответствую-
щее оборудование. Так, для демонстраций к рассказу «Опыты по
трению» готовят напильник, стальную деталь, скрипку со смыч-
ком, линейку; из дерева выстругивают полое внутри яйцо, состоя-
щее из двух половинок. В центре яйца укрепляют обычную проб-
ку, а затем сквозь яйцо пропускают нить.
во
®
Для иллюстраций к рассказу
«Рыцарь IX Б» готовят длинную
рейку и большую спортивную
сумку на длинной ручке.
Далее рассмотрим, какие ри-
сунки должны нарисовать ху-
дожники.
Для третьего задания раз-
минки — яркую иллюстрацию к
известной народной сказке «Ку-
рочка-ряба» (рис. 13) и рисунок,
па котором показано, как маят-
ник-бревно помогает людям
уберегать дупло с лесными пче-
лами от разорения медведем
(рис. 14). Для конкурса «Парад
отечественных легковых автомо-
билей» готовят карточки двух
серий. На карточках пер-
вой серии даются рисунки
автомобилей разных марок, вы-
пускаемых в нашей стране с
1932 г. по настоящее время. Н а
карточках второй се-
61
р и и приводятся сведения об этих автомобилях: какой завод вы-
пускает, год выпуска первого промышленного образца, мощ-
ность двигателя, развиваемая скорость.
Ниже приводится текст для карточек второй серии.
ГАЗ-А (рис. 15). Первый легковой автомобиль, выпущенный
в 1932 г. Горьковским автомобильным заводом. Этот автомобиль
не собирали из привезенных готовых частей, а весь изготовляли
на заводе. Мощность — 30 кВт, скорость — 90 км/ч.
М-1 (рис. 16). Этот автомобиль появился на улицах наших го-
родов в 1936 г. Он был создан на Горьковском автомобильном
заводе взамен устаревшей машины «ГАЗ-А». Мощность —
37,3 кВт, скорость — 100 км/ч.
ЗИЛ-101 (р ис. 17). Шестиместная легковая машина. Она по-
явилась также в 1936 г. Сошла с конвейера Московского автомо-
бильного завода, который теперь носит имя замечательного совет-
ского автомобилестроителя И. А. Лихачева. Мощность — 81 кВт,
скорость— 120 км/ч.
«Победа» (рис. 18). Год рождения машины — 1945, и названа
она так в честь нашей победы над фашистской Германией. Еще
шла война, а над проектом машины уже работали конструкторы
Горьковского автозавода. Мощность — 39,0 кВт, скорость —
105 км/ч.
ЗИЛ-110 (рис. 19). Автомобиль высшего класса, семиместный.
Его создали на Московском автозаводе в 1946 г. Мощность —
105 кВт, скорость — 140 км/ч.
ЗИМ (рис. 20). Комфортабельный автомобиль среднего клас-
са, шестиместный. Выпущен в 1949 г. Горьковским автозаводом.
Мощность — 67 кВт, скорость — 120 км/ч.
62
«Москвич» (рис. 21). Чтобы выпустить эту машину, в Москве
в 1947 г. был специально построен завод малолитражных автомо-
билей. Ее знают и любят не только в нашей стране. Ее можно
увидеть на многих дорогах мира. Первый образец мало похож на
настоящий. Мощность — 55,2 кВт, скорость—142 км/ч.
«Волга-24» (рис. 22). Сейчас это самый распространенный лег-
ковой автомобиль в нашей стране. Все легковые такси — «Вол-
га». Представленная на рисунке модель выпускается Горьков-
ским автозаводом с 1970 г. Мощность — 69,9 кВт, скорость —
147 км/ч.
«Запорожец» (рис. 23). Автомобиль, двигатель которого рас-
положен не спереди, как обычно, а сзади и охлаждается не водой,
а воздухом. Выпускает этот автомобиль Запорожский автомо-
бильный завод «Коммунар». Мощность — 30,1 кВт, скорость —
118 км/ч.
«Чайка» (рис. 24). Комфортабельная машина высшего класса.
Выпускает ее Горьковский автозавод. Машина не только краси-
вая, но и очень надежная и выносливая. Мощность — 161,8 кВт,
скорость — 175 км/ч.
ЗИЛ-4104 (рис. 25). Легковой автомобиль, выпускаемый мо-
сковским заводом имени И. А. Лихачева. Приборы и управление
63
у машины самые современные — полуавтоматические и автомати-
ческие. Мощность — 231,8 кВт, скорость—190 км/ч.
ВАЗ-2109 (рис. 26). Легковой автомобиль, выпускаемый Волж-
ским автомобильным заводом имени 50-летия СССР. Мощность —
46,8 кВт, скорость — 148 км/ч.
Для конкурса спортивных комментаторов можно подготовить
плакаты, как показано на рисунках 27 и 28, на которых изобра-
жены прыжки в высоту с места и прыжки в высоту с разбега.
Приведем содержание конкурсных заданий.
1. Разминка «Велика ли работа?»
Как следует из названия, разминку мы посвящаем анализу
физического понятия механическая работа. К вопросам даем ука-
зания, учитывая типичные ошибки и затруднения учащихся.
Определенную сложность в усвоении этого понятия создает то
обстоятельство, что слово работа мы часто употребляем в повсе-
дневной речи, где придаем ему иной, отличный от научного зна-
чения смысл. Мы говорим: работа машин; поступить на работу,
уволить с работы; оросительные и сельскохозяйственные работы;
умственная, научная, ответственная, увлекательная работа и, на-
конец, физическая, т. е. повседневная, физиологическая работа.
Некоторым учащимся трудно примириться с тем, что человек,
удерживающий тяжелый груз на руках или переносящий с по-
стоянной скоростью тяжести в горизонтальном направлении, ме-
ханической работы не совершает, хотя устает от такой деятель-
ности.
64
Таким образом, необходимо проверить понимание различий
механической и физиологической работ.
Разыгрывается сценка, в которой ученики переносят или под-
нимают грузы. Соперники высчитывают совершенную механиче-
скую работу. При этом еще раз надо подчеркнуть, что величина
работы зависит от выбора системы отсчета и в разных системах
она разная.
Можно описать и оценить работу, которую выполняют необыч-
ные персонажи, например какие-нибудь герои из сказок. Один из
членов команды полностью рассказывает выбранную для такого
задания сказку, показывает иллюстрации к ней и задает свой во-
прос.
Приведем примерные вопросы, которые можно выбрать для
разминки.
Вопросы первой команды
I. Ученик проносит вдоль рядов зрителей и ставит около команды сопер-
ников чемодан с наклейкой, на которой написано «Масса 15 кг». Затем спра-
шивает: «Чему равна работа по переноске этого груза, если я его нес с по-
стоянной скоростью и перенес этот груз на 5 м?»
2. Изменится ли работа, выполняемая мотором эскалатора, если пассажир,
стоящий на лестнице, движущейся вверх, будет сам подниматься вверх с по-
стоянной скоростью?
3. Жили себе дед и баба, и была у них курочка-ряба, снесла курочка яич-
ко: яичко не простое — золотое. Дед бил-бил — не разбил; баба била-била —
не разбила. Мышка бежала, хвостиком махнула — яичко упало и разбилось. Дед
и баба плачут; курочка кудахчет: «Не плачь, дед, не плачь, баба, я снесу вам
яичко: не золотое — простое». Кто разбил яйцо? (Во время чтения сказки по-
казывают рисунок 13.)
Вопросы второй команды
1. Ученик снимает со спинки стула и опускает на пол спортивную сумку
с наклейкой «Масса сумки 7,5 кг». Затем спрашивает; «Какую механическую
работу я совершил, если опустил сумку с высоты 1 м?»
2. Первый раз футбольный мяч ударился о штангу ворот и остановился.
Второй раз мяч был схвачен вратарем. Мяч и вратарь двигались навстречу
друг другу с одинаковой по модулю скоростью. Будет ли разница в работах,
произведенных мячом в первый и во второй раз?
3. Медведь — большой любитель меда. Чтобы уберечь от разорения медве-
дем дупло, в котором поселились дикие пчелы, над дуплом подвешивают на
веревке бревно (см. рис. 14). Подбираясь к дуплу, медведь наталкивается на
бревно и отталкивает его в сторону, а бревно, как маятник, возвращаясь к
положению равновесия, ударяет медведя. Все сильнее и сильнее толкает мед-
ведь бревно й все больнее и больнее ощущает ответный удар. И так до тех
пор, пока обессиливший медведь не упадет на землю. Кто свалил медведя?
2. Конкурс «Расчет мощности, развиваемой человеком
при подъеме по лестнице»
В этом конкурсе оценивается мощность человека, взбегающе-
го вверх по лестнице.
5 Заказ Хе 1106
65
Учитель. Всем хорошо известно, что механические двигате-
ли характеризует мощность: например, мотоцикл М-106 может
развить максимальную мощность 7 кВт; автомобиль «Мо-
сквич-412»— 56 кВт; дизель тепловоза 2ТЭ-10Л — 3000 кВт; са-
молет ИЛ-62—100 000 кВт.
Можно привести некоторые данные о мощности механизмов,
встречающихся в домашнем хозяйстве: например, электродвига-
тель компрессора домашнего холодильника ЗИЛ потребляет мощ-
ность 150 Вт; электропылесос «Вихрь» — не более 600 Вт.
Какую мощность может развить человек, взбегающий вверх по
лестнице?
Затем предлагает двум исполнителям от каждой команды,
используя свой повседневный опыт, ответить на этот вопрос. Каж-
дый ученик пишет на доске свою фамилию, а под ней — ответ.
Учитель вручает им необходимые приборы и предлагает про-
верить достоверность этого ответа с помощью эксперимента. Пос-
ле возвращения в зал ученики сравнивают свои ответы, объяс-
няют ход эксперимента и сделанные расчеты передают жюри.
Жюри оценивает двумя баллами быстроту и точность выпол-
ненного задания.
3. Конкурс «Загадка древних о правилах рынаеа»
Этот конкурс посвящен рычагу — простому механизму, изве-
стному с древних времен. Конкурс состоит из. двух частей: тео-
ретической и экспериментальной. В теоретической части надо от-
ветить на вопросы:
1. Почему простые механизмы дают выигрыш в силе?
2. Почему, пользуясь рычагом, подвижным блоком или воротом, можно
поднять большой груз, обладая малой мускульной силой?
3. , Правильна ли мысль, высказанная Героном: «Сколько выигрывается в
силе, столько же теряется в скорости»?
4. Как читается «золотое правило механики»?
Ученики-экспериментаторы (по два от каждой команды) рас-
считывают предельные значения, в которых может меняться вы-
игрыш в силе, при работе ножницами с длинными лезвиями для
раскроя ткани.
Пока исполнители готовят ответы, учитель рассказывает зри-
телям о том, что выигрыш в силе при использовании рычага мно-
гим казался загадкой.
Учитель. Он жил так невообразимо давно, что память о
нем обросла легендами и теперь трудно отличить правду от вы-
мысла. Он впервые сам теоретически вывел правило рычага и
считал, что рычаг — мощная машина, при помощи которой можно
было бы поднять Землю, если бы нашлась подходящая точка
опоры. О каком ученом идет речь? (В зале слышатся ответы.)
Да, это знаменитый Архимед. Он был первый, кто задумался
над вопросом: почему простые механизмы дают выигрыш в силе
«6
и почему, пользуясь рычагом, подвижным блоком или воротом,
можно поднять большой груз, обладая малой силой?
Еще древний философ Аристотель, решая эту задачу, утвер-
ждал, что «тела, у которых произведения весов на скорость рав-
ны, обнаруживают равное действие».
Через два столетия греческий механик Герои, изобретатель
сифона, повторил эту мысль в иной, более доступной форме:
«Сколько выигрывается в силе, столько же теряется в скорости».
Знаменитый основатель механики Галилео Галилей не прошел
мимо загадки выигрыша в силе. Еще в юности он написал науч-
ное сочинение о простых механизмах, в котором убедительно
обосновывал «золотое правило механики».
Затем ученики-теоретики дают ответы, получая за каждый
верный и полный один балл. Выполнение экспериментального за-
дания также оценивается одним баллом.
В качестве домашнего задания командам было предложено в
занимательной форме составить рассказы о работе силы тяжести
или силы трения, инсценировать эти произведения и выступить с
ними на данном вечере.
4. Рассказ «Рыцарь IX Б»
Все началось из-за того злополучного задания по физике.
Нет, все началось из-за той новенькой, что пришла к нам в
класс в этом учебном году.
Нет, пожалуй, все началось из-за субботника.
В это мокрое лето, когда дожди смывали всякое желание лет-
них затей, самым популярным местом наших встреч был пустырь
за домами. Точнее, это был уже не пустырь, а строительный
объект: там росла новая школа. За несколько дней до первого
сентября нас собрали на субботник. Мы выносили строительный
мусор, мыли классные окна, убирали школьный двор. Всем было
радостно. И погода улыбалась выглянувшим солнцем. Я носился,
хватая, поднимая и перенося то куски железных труб, то бадьи
со строительным мусором.
И вдруг впереди я увидел девочку, у которой были длинные
косы. Подумаешь, решил я, девчонка с косами, девчонка без
кос,— не все ли равно. И конечно, мне наплевать на эти косы. Но
ведь это так неожиданно: такие косы я прежде не встречал — два
упруго свитых каната. Вот тогда все и началось! Я старался ока-
заться там, где была эта новенькая. Если она поднимала один
конец трубы, то я хватался за другой, через ручку бадьи просо-
вывал палку. Так мы, соединенные переносимым грузом, бегали
вверх и вниз по лестницам: она — впереди, я — сзади. Загипно-
тизированный ее косами, я ни о чем уже не думал.
Теперь эта новенькая учится в нашем классе и занимает ме-
сто на первой парте в моем ряду.
Был обычный школьный день третьей четверти года. Следую-
5*
67
щим в расписании стоял урок физики. Как всегда настойчиво за-
звенел звонок. Вошел физик.
Он всегда входит стремительно, точно боится опоздать. Огля-
дит класс и скажет: «Не будем терять времени даром». Однако
сегодня сначала пристально посмотрел на первую парту в моем
ряду, а затем медленно перевел глаза на меня и громко прочитал:
«Люблю я в старых книжках рыться,
И сам в душе я тоже рыцарь:
Я за прекрасной дамой следом
Ходил бы с шарфом или пледом.
Я за нее — в огонь и в воду!
Я лучше стал бы ей в угоду!»
Странные для физики стихи. Учитель между тем продол-
жал: — Пришла пора объяснить некоторым из вас, что истинно-
му рыцарю, кроме готовности идти на жертвы ради прекрасной
дамы, хорошо было бы знать законы физики.
Он скосил глаза в мою сторону, и все, как по команде, уста-
вились па меня.
— Дело в том, что я сделал кое-какие наблюдения на суббот-
нике по уборке новой школы. Работа была тяжелой, и, естествен-
но, каждый старался помочь своему товарищу. Оценим эту по-
мощь.
Подойдя ко мне, учитель сказал:
—- Иди к доске.
Сунул мне в руки тяжеленную сумку на длинной ручке, пред-
ложил воспользоваться длинной палкой, а затем вызвал к доске
и новенькую девочку с красивыми косами.
— Ну рыцарь, покажи, как на перекладине следует носить
груз, чтобы на девочку приходилась меньшая нагрузка?
Послышались советы:
— Стань первым. Первый несет больший груз — первому всег-
да тяжелее.
— Нет, сзади. Второму всегда тяжелее: ему мешает идти
первый.
— Пусть несет один,— сострил кто-то.
Учитель как будто и не слушал класс. «А что ты скажешь о
том, где надо подвесить к перекладине груз?»—спросил он меня.
Ребята рвались отвечать, обсуждая, где стоять, где крепить
груз.
Учитель как будто не прислушивался к этим разговорам.
Вызвав меня к доске, он прочитал:
— Двое, взявшись за концы перекладины, переносят по горизонтали груз.
Как распределяется нагрузка между ними в зависимости от точки приложе-
ния силы тяжести груза?
Задай данные и рассчитай нагрузку, приходящуюся на каждого из вас.
Физик внес уточнение: массой палки пренебрегаем по сравне-
нию с массой переносимого на ней груза.
68
я подошел к доске, записал условие задачи и, применяя пра-
вило моментов, ее решил (рис. 29).
— При переносе такого груза по горизонтали с постоянной
скоростью,— продолжил учитель,— скорость груза не увеличива-
ется и не уменьшается, поэтому его кинетическая энергия неизмен-
на. Более того, груз не поднимается и не опускается; следова-
тельно, его потенциальная энергия также неизменна. На груз
действуют только две силы: гравитационная, направленная вниз,
и сила реакции опоры, направленная вверх и поддерживающая
груз. Так как груз не совершает движение в вертикальном на-
правлении, то никакая из сил, действующих на него, не совершает
работы. Работ)' совершают мускулы человека во время этого дви-
жения. В конце концов люди, переносящие груз, потом будут чув-
ствовать усталость. Однако совершение внутренней работы по
приведению мускулов в действие не меняет того факта, что ни
одна из сил, действующих на груз, работы не производит.
Учитель обратился к классу:
— И все-таки испытывает ли впереди идущий большую на-
грузку, чем несущий палку за противоположный конец, если пе-
реносимый груз подвешен к середине перекладины? Зависит ли
величина давления на кисть руки несущего от того, где он идет:
впереди или сзади?
Физик скосил свои лукавые глаза в мою сторону.
С тех пор меня зовут рыцарем. Обидного в этом, конечно, ни-
чего нет. Однако каждый раз я вспоминаю, как на субботнике
меня подвело невнимание к законам физики.
5. Конкурс рыцарей
Учитель объявляет конкурс рыцарей и приглашает для уча-
стия в нем по два человека от каждой команды: мальчика и де-
вочку. Затем предлагает девочкам обменяться рыцарями (маль-
чик— от одной команды, девочка — от другой).
Эти пары должны покачаться на досках-качелях. Длина каж-
69
дой доски — 3 м, точка опоры находится на середине. Девочки
садятся на концы досок. Учитель задает вопросы: на каком рас-
стоянии от опоры должен сесть мальчик, чтобы доску удержать
в равновесии; как должен опуститься мальчик, чтобы поднять
свою девочку на 20 см вверх; как это осуществить практически?
Далее учитель просит каждого участника сообщить свой вес.
Жюри снимает 1 балл, если ответ дается в килограммах.
6. Рассказ «Опыты по трению»
Оля. Меня зовут Олей. Я учусь в IX классе. К этому вечеру
нам — мне, Лене, Сереже и Коле — дали задание: приготовить
прибор или механизм, при использовании которого совершают
работу силы трения. Я принесла из школьной мастерской напиль-
ник и стальную деталь, Сережа — из дома скрипку, Лена — ли-
нейку, а Коля выстругал из дерева яйцо, через которое пропустил
нить. Сейчас мы вам их покажем и все объясним. Начнет Сережа.
(Сережа со скрипкой поднимается на сцену, достает из фут-
ляра скрипку и смычок, тщательно натирает смычок канифолью,
а затем проводит им по струне.)
Сережа. Продолжительные, поющие звуки мы получаем
благодаря трению. Когда скрипач начинает вести смычок вдоль
струны, струна под действием силы трения покоя увлекается
смычком и выгибается. При этом сила натяжения струны стре-
мится вернуть ее в первоначальное положение. Когда эта сила
превысит силу трения покоя, струна срывается и приходит в ко-
лебание. Скрипач перемещает смычок в противоположную сто-
рону. Струна движется в одну сторону вместе со смычком, а за-
тем навстречу. Скрипка поет. Если играть на скрипке без смычка,
дергая струны пальцами, получится звук, как у балалайки.
(Сережа оттягивает пальцем струну и отпускает ее. Раздается
резкий звук, который быстро затухает. Затем Сережа исполняет
какую-нибудь мелодию. В заключение своего выступления задает
вопрос.)
Сережа. Зачем натирают смычок канифолью?
Оля. Кто ответит?
(Выслушиваются ответы.)
Учитель. Я объясню более подробно, какие законы сухого
трения помогают музыканту при игре на скрипке.
Струна под смычком движется всегда медленнее смычка. Ког-
да смычок и струна движутся в одну сторону, струна отстает от
смычка. Сила трения скольжения препятствует отставанию и увле-
кает струну за смычком. Сила трения совершает работу, смычок
тащит за собой струну, и, наоборот, когда струна движется на-
встречу смычку, сила трения скольжения тормозит струну, замед-
ляя ее движение. Совершается работа против сил трения. Выхо-
дит, что на одной половине пути смычок помогает струне, а на
другой — ей мешает. Если бы это было точно так, получилось бы
как в известном выражении «Что даем правой рукой, то берем
70
левой». Этого не происходит по двум обстоятельствам. Во-первых,
скорость, с которой смычок скользит по струне, относительно
струны разная. Когда струна и смычок идут в одну сторону, ско-
рость смычка мала. Вспомните, как медленно отстает едущий по
дороге попутный автомобиль, если смотреть на него из окна быст-
роедущего поезда. Когда же струна движется навстречу смычку,
его скорость гораздо больше — подобно скорости, с которой
мелькает в окне встречный автомобиль.
Второе обстоятельство — сила трения скольжения зависит от
относительной скорости трущихся поверхностей. При медленном
скольжении она больше, чем при быстром. Выходит, что смычок
больше помогает струне при медленном скольжении, когда она
движется в одну сторону со струной, а тормозит меньше при бы-
стром скольжении, когда струна и смычок движутся в разные
стороны. Таким образом, за каждое колебание струны сила тре-
ния подталкивает ее, не давая этим колебаниям затухать.
Оля. Сейчас выступит Коля.
(Коля поднимается на сцену, достает деревянное яйцо с про-
пущенной через середину нитью, берет в руки концы этой нити и
одну руку высоко поднимает вверх. Деревянное яйцо по нити
быстро соскальзывает вниз. Коля поднимает вверх другую руку.
Яйцо снова устремляется вниз, но вдруг неожиданно застревает
на середине нити, затем опять скользит и останавливается. Коля
несколько раз показывает свой опыт.)
Учитель. Расскажи, как устроен сделанный тобой прибор и
какие физические законы помогают при демонстрации этого
фокуса.
Коля. В этом опыте я использовал зависимость: сила тре-
ния скольжения пропорциональна силе нормального давления.
Яйцо состоит из двух соединяющихся половинок. В центре
перпендикулярно нити укреплена корковая пробка. При натяже-
нии нити сила трения нити о пробку увеличивается и яйцо оста-
навливается. При слабом натяжении нити яйцо свободно сколь-
зит вниз.
(В заключении Коля еще раз показывает опыт.)
Оля. Сейчас свой опыт покажет Лена.
(Лена с деревянной линейкой поднимается на сцену. Кладет
ее горизонтально на указательные пальцы рук и, не торопясь, на-
чинает сближать пальцы.)
Оля. Линейка не движется равномерно по двум пальцам
сразу. Она скользит по очереди то по одному, то по другому паль-
цу. Почему?
Учитель. Чтобы не возникали сомнения в достоверности
утверждения, желающие могут этот опыт повторить.
(Помощники раздают зрителям линейки. После обсуждения
свой опыт показывает и объясняет Оля.)
Продолжим разговор о работе сил трения в конкурсе «Спор,
который длился 100 лет». Вам предлагаем стать арбитрами в
этом конкурсе, хотя chop уже давно и окончательно решен.
71
Речь пойдет о том, отчего зависит модуль силы трения сколь-
жения. Все ученые, участвующие в этом споре, ставили опыты, в
которых совершалась работа по преодолению сил трения.
Чтобы нам легче было следить за развитием этого спора, ре-
зультаты исследований будем заносить в таблицу 1.
(Помощники чертят на доске таблицу и заполняют ее в соот-
ветствии с рассказом учителя.)
Таблица 1
Зави имость модуля силы трения сео.и жения
Год Имя ученого от площади сопри- касающихся тел 1 : । от материала от нагрузки от относительной скорости движения трущихся поверх- : ностей от степени шерохо- ватости поверхно- стей
1500 1699 1748 1779 Леонардо да Винчи Амонтон Леонард Эйлер Кулон Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Да Да Да Да Да Нет Да Да Да Да Нет Да Да
7. Конкурс «Спор, который длился 100 лет»
Учитель. Шел 1500-й год. Великий итальянский художник,
скульптор и ученый Леонардо да Винчи проводил странные опы-
ты, чем удивлял своих учеников: он таскал по полу то плотно
свитую веревку, то ту же веревку во всю длину. Его интересовал
ответ на вопрос: зависит ли сила трения скольжения от величины
площади соприкасающихся в движении тел? Механики того вре-
мени были глубоко убеждены, что чем больше площадь касания,
тем больше сила трения. Они рассуждали примерно так: чем
больше таких точек, тем больше сила трения. Совершенно оче-
видно, что на большей поверхности будет больше таких точек ка-
сания, поэтому сила трения должна зависеть от площади трущих-
ся тел.
Леонардо да Винчи усомнился и стал проводить опыты. И по-
лучил потрясающий вывод: сила трения скольжения не зависит
от площади соприкасающихся тел. Попутно Леонардо да Винчи
исследовал зависимость силы трения от материала, из которого
изготовлены тела, от величины нагрузки на эти тела, от скорости
скольжения и от степени гладкости или шероховатости их поверх-
ностей. Он получил следующие результаты: 1) от площади не за-
висит; 2) от материала не зависит; 3) от величины нагрузки за-
висит (пропорциональна ей); 4) от скорости скольжения не за-
висит; 5) зависит от шероховатости поверхностей.
72
1699-й год. Французский ученый Амонтон в результате своих
опытов так ответил на те же пять вопросов: на первые три — так
же, как Леонардо да Винчи, на четверый — зависит, на пятый —
не зависит. Получалось, что и Амонтон подтвердил столь неожи-
данный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения
от площади соприкасающихся тел. Но в то же время он не согла-
сился с Леонардо да Винчи в том, что сила трения не зависит от
скорости скольжения; он считал, что сила трения скольжения за-
висит от скорости, а с тем, что сила трения зависит от шерохова-
тостей поверхностей, не соглашался.
В течение XVIII и XIX вв. насчитывалось до 30 исследований
на эту тему. Их авторы соглашались только в одном: сила тре-
ния пропорциональна силе нормального давления, действующей
на соприкасающиеся тела. А по остальным вопросам согласия не
было. Продолжал вызывать недоумение даже у самых видных
ученых экспериментальный факт: сила трения не зависит от пло-
щади трущихся тел.
1748-й год. Действительный член Российской Академии наук
Леонард Эйлер опубликовал свои ответы на пять вопросов о тре-
нии. На первые три — такие же, как и у Леонардо да Винчи и у
Амонтона, но в четвертом он согласился с Амонтоном, а в пя-
том— с Леонардо да Винчи.
1779-й год. В связи с внедрением машин и механизмов в про-
изводство назрела острая необходимость в более глубоком изу-
чении законов трения. Выдающийся французский физик Кулон
занялся решением задачи о трении и посвятил этому два года. Он
ставил опыты на судостроительной верфи в одном из портов
Франции. Там он нашел те практические производственные усло-
вия, в которых сила трения играла очень важную роль. Кулон
на все вопросы ответил да. Общая сила трения в какой-то малой
степени все же зависит от размеров поверхности трущихся тел,
прямо пропорциональна силе нормального давления, зависит от
материала соприкасающихся тел, зависит и от скорости скольже-
ния, и от степени гладкости трущихся поверхностей. В дальней-
шем ученых стал интересовать вопрос влияния смазки и были вы-
делены виды трения: жидкостное, чистое, сухое и граничное.
На этом я закончу рассказ об истории изучения законов сухо-
го трения скольжения, хотя спор продолжался еще на протяже-
нии XIX в.
Зрителям предлагают ответить, с каким ученым и по какому
вопросу он согласен, а затем эти ответы занести в ту же таблицу,
записать в первый столбец свою фамилию и девиз команды, бо-
лельщиком которой он является. Жюри за каждый правильный
ответ этой команде к общему счету прибавляет по одному баллу.
8. Конкурс спортивных комментаторов
Для данного конкурса команды подготовили по одному ре-
портажу со спортивного состязания по прыжкам в высоту с места
(одна команда) и с разбега (другая команда).
73
Репортаж первый
Если человек присядет, то, используя мышцы ног, может
прыгнуть вверх. Посмотрим, как прыгают спортсмены. У них
центр масс сначала опускается, а затем поднимается на опреде-
ленную высоту. Проанализируем один медленно выполненный
прыжок.
Демонстрируем рисунок 27.
Измерим расстояние, на которое опускается центр тяжести
спорстмена при приседании перед прыжком. Это — расстояние, на
котором мышцы ног производят работу во время прыжка. Выпол-
ненная работа равна:
A^=Fd, где F — сила мышц.
Теперь измерим высоту h, на которую спортсмен поднимает
свой центр масс при прыжке. Работа, выполняемая спортсменом
массой m при прыжке, также равна:
А = mg (h 4- d).
Мышечная сила, необходимая для данного прыжка:
„ mg (hA-d) , h /. , h\
F = = mg + mg — = mg 1 + — .
d d \ d I
Члены команды демонстрируют прыжки в высоту; на основа-
нии их данных комментатор сравнивает силу мышц, производя-
щую прыжок, с весом прыгающего спортсмена.
Репортаж второй
Демонстрируем рисунок 28.
При прыжке в высоту с разбега прыгун должен поднять свое
тело так, чтобы преодолеть горизонтальную перекладину. Рас-
смотрим прыжки, которые выполняют представители моей коман-
ды. Проанализируем с энергетических позиций один рекордный
прыжок. Рассмотрим ту высоту, на которую спортсмен поднимает
свой центр масс при прыжке.
Планка расположена на высоте й|. Известно, что центр масс
человека обычно расположен на высоте приблизительно 1 м от
пола. В данном прыжке, чтобы преодолеть планку, спортсмен
использовал технику переката, при этом поднимая свой центр
масс над планкой на высоту /г2. Следовательно, общая высота,
на которую прыгун должен поднять свой центр масс, равна:
Л « Aj -j - Л2 —• 1 м-
Анализируя прыжки в высоту с места, мы выяснили, что спорт-
смен силой мышц ног может поднять свой центр масс приблизи-
тельно на высоту А3. Оставшиеся метры он должен преодолеть за
счет разбега; кинетическая энергия при горизонтальном беге
должна перейти в потенциальную энергию.
74
Это поможет нам рассчитать теоретическую скорость, с кото-
рой прыгун подбегает к перекладине:
-у-2 = mg 4- /z2 — 1 м — й3);
v = /2 g + й2 — 1 м — й3).
В действительности, закон сохранения энергии полностью не
выполняется. Прыгун подбегает к планке со скоростью, которая
равна приблизительно 6 м/с. Если бы энергетические преобразо-
вания можно было бы выполнить с большей эффективностью, то
прыгун мог бы преодолеть значительно большую высоту.
В текстах репортажей использованы материалы из книги
Дж. Б. Мэрион «Общая физика с биологическими примерами».
9. Конкурс «Парад отечественных легковых автомобилей»
Цель этого конкурса — показать успехи нашей автомобильной
промышленности, выпускающей все виды легковых, грузовых
автомобилей и автобусов, которые являются в настоящее время
одной из наиболее быстро прогрессирующих отраслей отечествен-
ного машиностроения.
Заранее приготовленные карточки с данными о каждом авто-
мобиле учитель поровну раздает исполнителям (по два ученика
от каждой команды). Помощники прикрепляют на вертикальный
стенд первый рисунок автомобиля. Ученик, получивший сведения
о нем, читает текст, написанный на карточке, и прикрепляет ее
рядом с рисунком. Помощники вывешивают второй рисунок; зри-
тели узнают данные и об этом автомобиле и т. д. Целесообразно
до конца конкурса рисунки не убирать со сцены. За правильный
и быстрый ответ каждая команда получает максимум по два
балла.
10. Конкурс капитанов «Что говорит вам собственный опыт?»
Вопросы капитану первой команды. На демонстрационном
столе выставлено оборудование: коробка, веревка. Основываясь
на интуиции, выполняя опыты и подкрепляя их расчетами, надо
объяснить:
1. Что проще: тянуть коробку по полу, прикладывая горизонтальную си-
лу, или просто поднимать ее?
2. Что легче: тянуть коробку по полу или ее толкать, прикладывая силу,
направленную под углом к перемещению?
Вопросы капитану второй команды. На демонстрационном
столе лежат молотки.
Основываясь на интуиции, выполняя опыты и подкрепляя рас-
четами, надо объяснить:
76
1. Каким молотком — легким или тяжелым — должен пользоваться скульп-
тор для работ с долотом?
2. Каким молотком лучше забивать гвозди?
В следующем задании капитаны показывают пантомимы,
изображая какую-нибудь профессию. Соперник должен эту про-
фессию узнать.
Правильный ответ жюри оценивает одним баллом.
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы, на вопросы, задаваемые первой командой
при разминке
1. При переноске чемодана по горизонтальному пути механи-
ческая работа не совершалась.
При ответе на вопрос «Чему равна произведенная работа?» в
некоторых задачах лучше не пытаться подсчитывать значение
работы через действующую на тело силу и перемещение, совер-
шаемое под действием этой силы, а рассмотреть работу как меру
изменения энергии тела или системы тел. Если энергия тела не
изменилась, то механическая работа не совершалась.
2. Если человек поднимается по лестнице эскалатора с по-
стоянной скоростью, то его среднее давление на лестницу оста-
ется неизменным. Следовательно, и сила, с которой мотор должен
тянуть лестницу, остается неизменной. Однако поднимающийся
по лестнице эскалатора человек раньше достигнет конца эскала-
тора, а значит, и путь, пройденный эскалатором за время подъема
человека, будет меньше, чем в том случае, когда человек на лест-
нице неподвижен. Поэтому работа, затраченная мотором эскала-
тора на подъем движущегося человека, будет меньше, чем на
подъем неподвижного. Остальную часть работы совершает подни-
мающийся человек.
3. Яйцо разбил тот, кто поднял его над полом: дед, баба или
курочка-ряба. В этом положении яйцо обладает потенциальной
энергией, которая при падении переходит в кинетическую. При
ударе кинетическая энергия затрачивается на изменение формы
яйца, что, как известно, заканчивается его разрушением.
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой
при разминке
1. Если бы ученик поднимал свою спортивную сумку на стул,
то он совершал бы работу против силы тяжести. У системы тел
сумка — Земля изменилась бы потенциальная энергия, т. е. по-
тенциальная энергия сумки возросла бы в результате работы
человека против силы тяжести. В этом случае работа, совершен-
ная человеком, была бы равна mgh. При опускании же сумки ра-
бота равна по абсолютной величине работе силы тяжести и про-
тивоположна по знаку, т. е. отрицательная.
2. Во втором случае работа будет в 4 раза больше.
76
3. Медведь-лакомка сам свалил себя с дерева. Эта работа, бы-
ла произведена за счет энергии самого зверя. Отброшенное мед-
ведем с дороги бревно поднималось на некоторую высоту. При
движении к положению равновесия потенциальная энергия преоб-
разовывалась в кинетическую. Встречаясь вновь с медведем, ско-
рость бревна уменьшалась до нуля. Кинетическая энергия затра-
чивалась на деформацию медвежьего тела. Медведь, обессилев-
ший от борьбы с бревном, падает с дерева.
Ответ к конкурсу «Расчет мощности., развиваемой человеком
при подъеме по лестнице»
Ученикам полезно рассказывать, что самую большую мощ-
ность человек развивает при прыжке в высоту. Чтобы ее опреде-
лить, нужно знать вес человека, высоту прыжка и время прыжка.
Прыжок обычно длится около 0,2 с. Если примем вес мальчика
400 Н, высоту прыжка (подъем центра масс) 0,8 м, время 0,2 с,
то мощность окажется равной: N =----—-----= 1600 Вт.
Если же мальчик прыгнет выше или его вес окажется больше,
то, значит, и мощность его больше.
Несомненно, такую мощность человек может развивать неча-
сто. При нормальной нагрузке она может равняться 50—120 Вт,
хотя на короткие промежутки времени мощность человека может
достигать большей величины.
Мощность, которую развивает человек, поднимающийся по ле-
стнице, рассчитывают по формуле 7V = ——, где пг — масса чело-
века; h—высота одной ступеньки лестницы; п—число ступенек;
t — время подъема вверх. При этом нужно брать не длину лест-
ницы, а высоту. Из формулы видно, что, уменьшая время подъ-
ема, можно получить большую мощность. Это позволит сделать
вывод о пользе систематических занятий спортом.
Ответы к конкурсу «Загадка древних о правилах рычага»
1. Эту загадку решил Архимед. Он вывел «золотое правило»
для рычага: уравновешивающиеся на рычагах грузы обратно
пропорциональны длинам плеч рычага. В экспериментальной ча-
сти конкурса, где учащиеся работают с ножницами, ответ будет
следующий:
Пользуясь этим правилом, легко рассчитать выигрыш в силе.
Из «золотого правила» выводится, что рычаг, давая выигрыш в
силе, не выигрывает в работе.
Ножницы для раскроя тканей имеют длинные лезвия, поэтому
при резании плечо преодолеваемой силы может меняться от OAt
до ОА2 (рис. 30), благодаря чему выигрыш в силе изменяется в
значительных пределах, что очень выгодно при работе с этими
ножницами.
77
Найдем выигрыш в силе по отношению плеч рычага:
ъ - 0В • k - - 0В
ОЛ, ’ 2 ОАа
Плечи действующих сил ОБ, ОДЬ ОА2 измеряются масштаб-
ной линейкой. У некоторых ножниц k2 может получиться меньше
единицы.
Ответ к домашнему заданию «Рыцарь IX Б»
Приведем решение задачи, данной в этом рассказе (см.
рис. 29).
Дано: c?i = 0,5 м
dj = 2 м
т— 70 кг
Л-?
Л-?
Л __ d2
mg—f\ ’
Л 2 .
700—Л 0,5 ’
0,5 Л = 2(700 -F,);
F, = 560 Н ;
С2 = 140 Н.
Вывод: чем ближе груз к человеку, тем большее давление на
кисть руки он испытывает независимо от того, идет он впереди
или сзади.
Ответ к конкурсу рыцарей
Задачу этого конкурса (рис. 31) решают, применяя правило
моментов.
Ответы к домашнему заданию «Опыты по трению»
Смычок натирают канифолью не только для того, чтобы повы-
сить силу трения, но и для того, чтобы эта сила заметно зависе-
ла от скорости скольжения — быстрее уменьшалась бы с ростом
скорости.
Под линейкой скользит лишь тот палец, который отстоит даль-
ше от центра масс линейки, так как он испытывает меньшую на-
грузку и меньшее трение. Его скольжение прекращается, как
78
только он оказывается ближе к центру масс линейки, чем второй
палец, и тогда начинает скользить второй палец. Так пальцы дви-
жутся к центру тяжести линейки поочередно.
Ответ к конкурсу «Спор, который длился 100 лет»
Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, а
зависит от материала тел: чем больше сила нормального давле-
ния, тем больше сила трения. Точные измерения показывают, что
модуль силы трения скольжения зависит от модуля относительной
скорости.
Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверх-
ностей: чем больше неровностей на трущихся поверхностях, тем
чаще происходит зацепление их, сопровождаемое деформацией
поверхностей и увеличением вследствие этого силы трения. Если
тщательно отполировать поверхности соприкасающихся тел, то
число точек касания при той же силе нормального давления уве-
личивается, а следовательно, увеличивается и сила трения. Тре-
ние связано с преодолением молекулярных связей между сопри-
касающимися телами.
IV. КРАСОТА И ГАРМОНИЯ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ
Учащиеся десятых классов в первом полугодии изучают свой-
ства веществ. Это обстоятельство дает возможность совместно с
учителем химии провести в конце второй четверти учебного года
занимательный вечер.
Чем можно удивить участников этого вечера? Прежде всего
резким несоответствием между сравнительно небольшим числом
химических элементов (106) и многообразием окружающего ми-
ра. Примером этому может служить углерод. «Это вещество в га-
зообразном состоянии»,— скажет один, а другой представит
алмаз, переливающийся всеми цветами радуги. Кто-то вспомнит
об обыкновенном грифеле карандаша. Или еще пример: белое и
серое олово. Различие свойств этих модификаций олова настоль-
ко поразительно, что существует болезнь «оловянная чума». Раз-
ве неудивительно, что управляет этим разнообразием веществ их
структура? Любые изменения в расположении одних и тех же
атомов создают различные свойства веществ.
Третий, хорошо известный учащимся пример — это вода, во-
дяной пар и лед. Предлагаем учащимся показать модельные
структуры; при этом надо уделить особое внимание границам
совпадения модельных представлений с реальными явлениями,
что усилит познавательное значение вечера в формировании ми-
ровоззрения у учащихся.
Однако о воде имеет смысл поговорить особо. Это чудо при-
роды — самое ее драгоценное ископаемое. Так назвал воду извест-
ный советский ученый-геолог А. П. Карпинский, а химик
И. В. Петрянов-Соколов имел все основания написать, что вода —
79
самое необыкновенное вещество из всех веществ Земли. Необыч-
ность н драгоценность воды может быть темой одного из конкур-
сов. Учащимся предлагаем задуматься над тем, где находятся
источники красоты окружающих нас предметов.
Прежде всего, в самой природе, например в ее симметрии.
Какую только симметрию не встретишь во всевозможных сочета-
ниях осей, плоскостей и центров симметрии! Предложим учащим-
ся внимательно вглядеться в пушистые снежинки, увидеть, что
они обычно имеют определенную форму — шесть радиальных ли-
ний, на которых расположены узоры, а затем предложим выре-
зать из бумаги модели таких снежинок. Надо обязательно под-
черкнуть, что новые вещества с новыми свойствами, а также по-
разительные конструкции из стали и бетона создают ученые и
конструкторы, а это значит: источником красоты является чело-
век, его мысль, его удивительные способности. «Ученый — созда-
тель гармонии и красоты» — тема одного конкурсного задания.
И наконец, на вечере должны быть конкурсы, в которых уче-
ники демонстрируют умения по распознаванию веществ, удивляя
зрителей своими способностями. Итак, была составлена интерес-
ная программа вечера, которую мы предлагаем учителю как ру-
ководство к организации данного вечера.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Назови это вещество».
2. Конкурс «Изготовление из бумаги и клея прочных конст-
рукций».
3. Конкурс «Коллективные упражнения с воздушными ша-
рами».
4. Проверка домашнего задания одной из команд — «Почти
детективная история».
Второе отделение
5. Проверка домашнего задания другой команды — «Занима-
тельная история из жизни водомерки».
6. Конкурс химиков.
7. Конкурс «Умелые руки».
8. Конкурс «Все о воде».
9. Конкурс капитанов «За Лунным камнем».
Подготовку этого вечера надо начинать за месяц до его про-
ведения. Можно дать домашние задания, в которых учащиеся
остроумно, живо и весело должны рассказать, а затем и пока-
зать историю создания или открытия какого-нибудь вещества.
«Героями» этих литературных произведений могут стать минера-
лы, рассказывая о которых особое внимание надо уделить свой-
ствам веществ.
Одно домашнее задание можно представить в виде рассказа
«Почти детективная история», в первой части которого (на ра-
80
дость зрителям) желательно отразить типичные будни школьной
жизни, а во второй — в занимательной форме описать историю
болезни «оловянная чума». В необычной форме зрителям и коман-
дам задаются вопросы.
Другая команда может предложить небольшую пьесу, подоб-
ную нашей,— «Занимательная история из жизни водомерки»,
написанную по мотивам одной из популярных радиопередач
«Коапп! Коапп! Репортаж о событиях невероятных», поставлен-
ную на радио по сценарию М. А. Константиновского.
Рассказ о жизни водомерки нас будет интересовать в связи с
описанием свойств поверхностного слоя воды, а именно поверх-
ностного натяжения.
В нашей пьесе были заняты два ученика, где один исполнял
роль ведущего (объяснял и задавал вопросы), а другой — роль
водомерки. Два других ученика показывали соответствующие
опыты. Во время спектакля можно демонстрировать диапозитивы.
Рассказ «Почти детективная история»
Часть 1
Получение домашнего задания
В 14.02 он подозвал меня к себе. Глаза при этом на меня не
поднял, а только резко произнес фамилию, как выстрелил. Это
означало высокую степень серьезности.
Я подошел.
— Надо найти виновного,— сказал он и замолчал.
— Ну и домашнее задание,— подумал я.
Учитель сморщил лоб в удивленные складки и громко фырк-
нул. Можно было предположить, что он и сам не менее меня по-
ражен собственными словами.
— Кого именно? — глупо спросил я, когда чуть-чуть пришел в
себя.
— А может «что именно»? — вопросом ответил он на мой во-
прос и тут поднял на меня поблескивающие сквозь очки глаза
(или свет играл в их стеклах, подмигивая мне лукаво, или весе-
лился он сам).
— Найдешь и сообщишь нам,— продолжал он.— Найти, объ-
яснить и рассказать на уроке. Не больше, не меньше.
Я попытался отделаться солидным кивком, хотя совсем не по-
нял, что и где искать.
И тут он извлек из бокового ящика стола обыкновенную с
двумя тесемочками канцелярскую папку для бумаг и величест-
венно протянул мне.
— Так,— сказал он.— Для выполнения можешь привлекать
кого угодно. Никаких исключений.
Еще никто такого задания не получал. Еще никогда он не со-
ветовал просить помощи. От таких неожиданностей я задал сле-
дующий глупый вопрос:
6 Заказ № 1106 81
— Что значит «никаких исключений»?
— «Никаких» в данном случае означает действительно ника-
ких. Есть много людей, которые в курсе этих дел. Разумеется, в
ходе поисков можешь читать любые книги. Но об этом изволь по-
заботиться сам.
— Да,— сказал я смиренно.
— Далее,— продолжал он.— Видно, начать надо с изучения
дел. Некоторые факты ты найдешь здесь.— Он постучал пальцем
по папке.
— Не слишком много, но есть с чего начать. Возьми.
Я взял папку. На верхней обложке фломастером написано
«Провести расследование». А ниже почему-то «07».
— Вопросы есть?
Разумеется, это не приглашение задавать вопросы, хотя их у
меня было великое множество. Однако один я себе позволил:
— Сроки?
— Семь суток. Не больше.
— Ни за что не успеть,— с ужасом подумал я.— Влепит он
пару как пить дать.
— Я перед вами и прошу вас мне помочь. Вот эта папка.
Часть 2
Содержимое папки
Лист № 1
Декабрь 18 ... г. Петербург
Донесение
Довожу до вашего сведения, что все солдатские оловянные пу-
говицы на нашем складе военного обмундирования погибли. Сна-
чала слегка потемнели, затем потеряли блеск, а через несколько
дней рассыпались в порошок. Испорченные пуговицы заражали
здоровых. Разрушение распространилось как чума. Виновник не
ясен. Прошу помощи в расследовании преступления.
Подпись и печать
Лист № 2
Выписка из протокола заседания Петербургской Академии
наук.
Слушали: О происшествии с оловянными пуговицами, слу-
чившемся на одном из военных складов, где хранилась партия
новеньких солдатских шинелей.
Постановили: Поскольку виновник загадочного происше-
ствия не найден, впредь до выяснения причин самопроизвольный
переход серебристо-белого олова в неизвестный порошок серого
цвета именовать болезнью «оловянная чума».
Петербург 18 ... г.
Подпись и печать
82
Лист Л® 3
Из вахтенного журнала экспедиционного корабля Роберта
Скотта, направляющегося к берегам Антарктиды.
12.00. Сила ветра — 3 балла. Волнение—1 балл. Видимость
хорошая. Температура воздуха: —86° по Фаренгейту. Готовим
экспедицию к высадке на материк.
Декабрь 1911 г.
Лист № 4
Из дневника Роберта Скотта.
12 января 1912 г. Наша экспедиция достигла Южного полюса.
10 февраля 1912 г. Идти становится труднее и труднее. На
сильном морозе трудно дышать. Стали протекать баки с топли-
вом. Если разрушение баков не прекратится, может вытечь все
горючее и испортить запасы пищи. Без горячей пищи практиче-
ски невозможно вернуться на свою базу.
Лист № 5
Справочные данные.
Есть два вида олова с совершенно различными свойствами:
обыкновенное серебристо-белое плотностью 7,3 г/см3, хрупкое не-
металлическое серое плотностью 5,8 г/см3. Белое олово получает-
ся при температурах, превышающих 13,2 °C. Тепловое расшире-
ние серого олова в 4 раза больше белого.
Лист № 6
Вопросы, на которые «07» — порядковый номер ученика по
списку учащихся в классном журнале — должен ответить:
1. В чем причина различных свойств названных модификаций олова, если
белые кристаллы и серое олово состоят из одних и тех же атомов?
2. Что происходит, если температура белого олова опускается ниже
13,2 °C? Почему при переходе из белой разновидности в серую олово превра-
щается в порошок?
3. Что за болезнь «оловянная чума» и почему она встречается, к счастью,
сравнительно редко? Как ее предотвратить: ведь олово применяют для пайки?
Занимательная история из жизни водомерки
Ведущий. Вы, конечно, много раз видели насекомых, живу-
щих на поверхности различных водоемов? Это водомерки. (Де-
монстрируется диапозитив по рисунку 32.) Они совершенно сво-
бодно бегают по воде, хотя тяжелее ее, и, что удивительно, не то-
нут. Только вода под ними слегка прогибается. Все дело в по-
верхностном слое жидкости, который обладает целым рядом не-
обычных свойств.
Если бы водомерка могла поделиться с нами заботами и труд-
ностями своей удивительной жизни, то мы могли бы стать свиде-
телями, например, такой драматической истории. Эту историю
6*
83
рассказали нам герои популярной радиопередачи «Коапп! Коапп!
Репортаж о событиях невероятных!» несколько лет назад. Позна-
комимся с ней и объясним физические явления.
Водомерка. Хватайте его, хватайте, пока не убежал!
— Кого хватать, уважаемая Водомерка?
Водомерка. Вов того жука с короткими надкрыльями...
На воде он, на воде!
— Чего он натворил-то, а Водомерка, может он не нарочно?
Водомерка. Я ему покажу — не нарочно! Ах, озорник, ах,
хулиган... Давно я за ним гоняюсь! Дворничихой я на озере ра-
ботаю, участок мой — это озеро... Уж так следишь, так следишь,
посмотрите — глядь всюду какая чистота. На нем покрытие осо-
бенное, уж так над ним дрожишь, так оберегаешь — только бы
не повредить... На цыпочках скользишь. Нам и обувь специаль-
ную выдают, в счет спецодежды — две пары. Я их и не снимаю
никогда. Вот, на концах четырех задних ног волоски короткие,
густые, густые, я их жиром смазываю из специальных железок.
— Простите, Водомерка, зачем Вам необходим жировой слон
на концах лапок?
Водомерка. Чтоб не смачивались водой и покрытие не раз-
рушали— оно только чуть под нами прогибается.
— А почему Вам, Водомерка, выдали только две пары спе-
циальной обуви — у Вас же три пары ног?
Водомерка. Передними я уборку делаю. Целый день на
ногах, каждую букашечку с покрытия снимаю.
— О каком покрытии Вы все говорите? Что-то я не замечал
на воде никакого покрытия...
Водомерка. Тонкое оно — вот и не замечали. Все озера
сверху водяной пленочкой покрыты, и реки тоже, и моря.
— Если пленка тонкая, то ее порвать нетрудно. Так, может
быть, этот жучок действительно порвал ее нечаянно?
Водомерка. Нечаянно? Да ее и нарочно не так-то просто
порвать. Это очень хорошее покрытие! Родичи мои, морские водо-
мерки, пишут мне: живем, мол, в открытом океане, бури бывают.
А покрытие хоть бы что! В Сырдарье водомерки живут, в Аму-
дарье, Вахше... Течение там знаете какое? А пленка цела!
— Но как же умудряется этот маленький жучок ее порвать?
84
Водомерка. У него в конце брюшка пузырек спрятан, я
заметила. Начнешь к нему подбираться — он тут же: кап, кап...
Капельки по воде растекаются — и покрытия как не бывало!
Снаружи не видно, а попадешь на это место — сразу прова-
лишься!
— Этот маленький жучок таким способом защищается от
преследователя, так сказать, химический способ защиты...
Водомерка. Защиты? Это химическое хулиганство! Выхо-
дит, защищая себя, можно портить покрытие...
1. О каком покрытии на поверхности воды нам рассказала Водомерка и
как жучок, спасаясь от Водомерки, разрывал его?
В заключение учащиеся показывают опыты по поверхностному
натяжению и объясняют наблюдаемые явления. (Опыты демон-
стрируются в проекции на экран.)
Опыт 1. Наливают в кювету воды. Берут иголку и аккурат-
но плашмя кладут ее на поверхность воды — иголка не тонет
(рис. 33). В начале опыта лучше иголку смазать маслом или по-
тереть пальцами о свечку. Тогда иголка наверняка удержится на
поверхности воды.
Ведущий. Водомерка уверяла, что такая пленка существу-
ет. Это сравнение хорошее. Поверхностный слой и вправду чем-то
напоминает упругую растянутую резиновую пленку, хотя природа
возникновения упругости резиновой пленки и упругости поверх-
ностного слоя различна.
Теперь на поверхность воды положим две иглы. Да что там
иглы! Недавно инженеры испытывали удивительное судно. Внешне
оно напоминает асфальтный каток: спереди и сзади — большие
цилиндры, только не стальные, а из стеклопластика и пустотелые.
Пока судно стоит, они частично погружены в воду... Но вот зарабо-
тал водометный двигатель — судно пошло вперед: цилиндры вы-
ходят из воды и начинают свободно вращаться, слегка касаясь
поверхности... Водомерка и подсказала бионикам идею конструк-
ции этого судна, изобретатели даже назвали его «Водомер». Оно
легко проходит по мелководью; ему не нужна пристань, потому
что «Водомер» свободно выкатывается на пологий берег, а глав-
ное-— такое судно может развить скорость до 300 км/ч!
Опыт 2. Коснемся заостренным концом мыла поверхности
воды сбоку от иголки. Иголка отскакивает от мыла. Это происхо-
дит нотому, что поверхностное натяжение чистой воды больше,
чем мыльной. С разных сторон на иголку действуют разные си-
лы— она движется в сторону большей силы.
Опыт 3. Расщепим слегка концы спички и вставим в них не-
большие бумажные флажки. Если теперь эти концы обмакнуть в
мыльную кашицу и положить спичку, на поверхность воды, то
спичка начнет вращаться (рис. 34).
Опыт 4. Из плотной бумаги вырежем условную модель пуш-
ки и снаряда и положим их на поверхность воды (рис. 35). Если
85
дотронуться мылом до воды, например в точке А, то «пушка»
выстрелит.
В программу данного вечера включены три эксперименталь-
ных конкурса, для проведения которых ученики-лаборанты гото-
вят заранее приборы и материалы.
«Строителям» для изготовления «прочных конструкций» из бу-
маги и клея и их последующих испытаний на прочность потребу-
ются ножницы, бумага, клей, опоры и грузы (два комплекта).
Для конкурса химиков по распознаванию веществ с помощью
химических реакций надо поместить на двух лоточках следующие
химические реактивы и оборудование: лакмус, фенолфталеин,
цинк, медь, растворы нитрата серебра и нитрата бария, концент-
рированную серную кислоту, соляную кислоту, стальную прово-
локу, ложечку для сжигания веществ, уголь. Все реактивы, кроме
двух «неизвестных», предназначенных для распознавания (соль
калия и соляная кислота), подписаны.
В конкурсе «Умелее руки» участники вырезают из бумаги мо-
дели снежинок. Для такой работы надо принести из кабинета
труда как можно больше ножниц. Кроме того, для всех надо на-
резать квадратные листы из тонкой белой бумаги.
Для конкурса «Коллективные упражнения с воздушными ша-
рами», в котором исполнители с помощью этих шаров показыва-
ют статические и динамические модели структур льда, воды и
86
водяного пара в атмосфере, команды готовят воздушные шары
двух цветов. Воздушный шар одного цвета представляет модель
атома кислорода, другого цвета — атома водорода. Поэтому
объем шара О2 приблизительно в два раза больше, чем объем
шара Нг. Число шаров, представляющих модели атомов кислорода,
в два раза меньше числа шаров, представляющих модели атомов
водорода. Показ моделей трех состояний одного и того же веще-
ства с помощью воздушных шаров проходит значительно живее,
если учитель физики до вечера проведет одну-две репетиции в со-
ответствующем музыкальном сопровождении. Показ структуры
льда хорошо подойдет под строгую мелодию, а показ структуры
водяного пара — под веселую.
1- Разминка «Назови это вещество»
Вопросы первой команды
1. Металлы А и В принадлежат к одному периоду и к одной группе. Соли
металла А растворимы в воде. Растворы всех солей металла В при их добав-
лении к соляной кислоте образуют нерастворимый осадок. Пользуясь перио-
дической системой химических элементов Д. И. Менделеева, назовите оба ме-
талла.
2. В фантастическом романе современного писателя Курта Воннегута
«Колыбель для кошки» преступный изобретатель создает новую форму льда —
леД-девять, температура отвердевания которого 46 °C.
«Предположим,— объясняет один из героев романа,— что тот лед, на ко-
тором катаются на коньках и который кладут в коктейли — мы можем на-
звать «лед-один»,— представляет собой только один из вариантов льда. Пред-
положим, что вода на земном шаре всегда превращается в лед-один, потому
что ее не коснулся зародыш, который бы направил ее, научил превращаться
в лед-два, лед-три, лед-четыре. И предположим, что существует такая форма
льда — назовем ее лед-девять — кристалл твердый, как этот стол, температу-
ра отвердевания которого из-за дополнительного отвода теплоты при кристал-
лизации повысилась до 46 °C».
Изобретатель льда-девять получает власть над всем миром: надо только
бросить кусочек такого льда в море. От этого зародыша начинается кристал-
лизация: замерзает вся вода на Земле и наступает конец света.
Что достоверно и что противоречит физическим законам в этой схеме со-
здания нового вещества?
3. Загадка: «Что видно, если ничего не видно?»
Вопросы второй команды
1. Два химических элемента А и В, имеющие большое применение в на-
родном хозяйстве, находятся в одной группе периодической системы химиче-
ских элементов Д. И. Менделеева. Они могут соединяться друг с другом,
образуя соединение ВА2. Элемент А в свободном состояний — газ, легко соеди-
няется с водородом. Элемент В может вытеснять водород из разбавленной
бескислородной кислоты, образуя элемент А. Высшие солеобразующие окислы
обоих элементов являются ангидридами одноосновных кислот. Калийная соль
87
кислородной кислоты элемента В используется в лабораториях при получении
элемента А. Какие это элементы?
2. Это вещество упоминается во многих книгах, так что точного автора
его назвать невозможно.
О каком веществе идет речь?
3. Загадка: «Конь бежит, а щука лежит. Что это?»
2. Конкурс «Изготовление из бумаги и клея прочных
конструкций»
Исполнителям этого конкурсного задания (по два человека от
каждой команды) предлагается, во-первых, исследовать проблему
увеличения жесткости изгибаемой балки и вертикальной колонны,
а также предложить несколько способов для увеличения их проч-
ности. Во-вторых, надо изготовить из бумаги и клея прочные
конструкции и провести их испытания на жесткость. Например,
если положить лист бумаги на две опоры, то он легко прогнется
под тяжестью малого груза и даже под своей тяжестью, но если
изменить его форму, то можно значительно увеличить жесткость
такой конструкции. В-третьих, привести примеры прочных и кра-
сивых сооружений, созданных человеком и природой.
Каждой команде выдают необходимые для конструирования
материалы: ножницы, бумагу, клей, а для проведения испыта-
ний — опоры и грузы.
Созданные конструкции исполнители демонстрируют зрителям
и жюри после следующего конкурса.
Учитель. История цивилизации — это история познания че-
ловеком тайн природы, ее секретов красоты. Но человек не толь-
ко проникал в эти тайны, но и учился управлять ими. Научился
добывать огонь, ткать одежду, строить жилище.
Проблема прочности в строительстве — одна из важнейших.
Составные части инженерных сооружений испытывают разно-
го рода деформации, где изгиб встречается наиболее часто. На-
пример, деформацию изгиба испытывают балки, подпоры, ко-
лонны.
Далее учитель знакомит присутствующих с заданиями, кото-
рые должны выполнить учащиеся в этом конкурсе. Исполнители
занимают свои рабочие места, а пока они будут заниматься своим
делом, объявляется следующий конкурс, который подготовлен за-
ранее.
3. Конкурс «Коллективные упражнения с воздушными шарами»
Учитель. Ученые, раскрывая секреты внутреннего строения
вещества, создают модели. Для этого используют, например, ша-
рики разных цветов, соединяя их стержнями. Такие модели есть в
учебном оборудовании кабинетов физики и химии. Для моделиро-
вания расположения атомов и молекул в веществе можно восполь-
зоваться и биллиардными шарами.
88
Английский ученый Вильям Брегг предложил моделировать
внутреннее строение вещества при помощи мыльных пузырей, по-
крывая ими поверхность жидкости. Такой метод хорошо передает
ряд особенностей в строении кристаллов.
Вы, используя воздушные шары двух цветов, можете показать
модели строения льда, воды и водяного пара в атмосфере. Все
знают воду как жидкость и как твердое тело, наблюдают ее пары
в виде причудливых, изменяющихся облаков. Надутые воздушные
шары сначала сложите в молекулы и покажите связи между от-
рицательными атомами кислорода и положительными атомами
водорода.
Картина 1. Первая команда показывает статическую мо-
дель одной молекулы воды. Для этого на сцену поднимаются три
ученика, в руках у каждого по одному шару, которые наполнены
воздухом до разных объемов и имеют разные цвета. Ученики
группируются так, чтобы два атома водорода были расположены
около атома кислорода несимметрично (рнс. 36). Учитель дает
комментарии, объясняя особенности строения молекулы воды и
те удивительные свойства, которые при этом возникают.
Картина 2. Вторая команда с помощью воздушных шаров
демонстрирует на сцене двухмерную и трехмерную структуры
льда (рис. 37). При этом «молекулы» обязательно колеблются
около своих фиксированных положений равновесия — порядок
обязательный для всех кристаллических тел.
Учитель объясняет, что такая структура льда обеспечивает
его удивительные свойства. Рыхлый лед легче воды, хотя боль-
шинство твердых тел плотнее своих жидкостей. Без этого лед то-
нул бы в реках; реки промерзали бы до дна, что привело бы к
гибели всего живущего в воде. Лед плавится под давлением
снежных масс — это приводит к образованию горных рек. Кри-
сталлы льда не деформируются при ударе, а разлетаются на
куски.
Картина 3. Первая команда показывает динамическую мо-
дель расположения молекул в капле воды. «Молекулы» при этом
дрожат, подпрыгивают, вертятся одна возле другой, «липнут»
друг к другу.
В показе расположения молекул в капле воды учащимся мо-
жет помочь рисунок 38.
Картина 4. Вторая команда показывает динамическую мо-
дель структуры водяного пара в атмосфере. Так как газ занимает
весь предоставленный ему объем, то учащиеся расходятся по
всей сценё, а так как промежутки между молекулами велики, то
учащиеся далеко стоят друг от друга.
Чтобы показать хаотичное движение молекул, учащиеся непре-
рывно перебегают с места на место по прямолинейным траек-
ториям.
Такой наглядный показ внутреннего микромира воспринима-
ется всеми учащимися с большим интересом.
89
Домашние задания (см. программу, пп. 4 и 5) даны в рекомен-
дациях по подготовке этого вечера.
6. Конкурс химиков
Двум учащимся из каждой команды по жребию выдают подго-
товленные заранее наборы реактивов для исследования. Нужно
установить неизвестное вещество путем серии опытов и обосно-
вать ответ.
7. Конкурс «Умелые руки»
Учитель. Бесшумно падают на землю звездчатые снежинки.
Откуда эти правильные симметричные узоры, заставляющие
вспомнить о тонком искусстве кружевниц?
Все снежинки имеют симметричную шестигранную форму,
происхождение которой можно объяснить.
При изучении кристаллов льда с помощью рентгеновских лу-
чей обнаружили, что каждая молекула воды в кристалле окруже-
на шестью соседними. Таким образом, центры молекул образуют
правильный шестиугольник, что приводит к шести плоскостям
симметрии снежинки.
Интересно наблюдать за ростом ледяных узоров на окнах
квартир, автобусов, трамваев. При резком похолодании темпера-
тура окна становится ниже температуры воздуха в помещении.
На стекла оседают молекулы пара, образуя причудливые формы,
выраженные в сочетании длинных игл.
Однако если воздух в помещении очень влажный, то пар сна-
чала превращается в воду, которая слоем покрывает стекло. За-
тем эта вода замерзает и стекло покрывается простой коркой льда
без какого-либо узора.
При открытой форточке температура слоя воздуха, прилегаю-
щего к стеклу, становится равной температуре самого стекла.
В этом случае переохлаждения не наступает и узоры также не
образуются на стекле.
Скоро Новый год — и хорошим украшением новогодней елки и
зрительного зала являются снежинки, вырезанные из бумаги.
Сейчас мы займемся этим делом. Я расскажу, как сделать заго-
товку для снежинки. (Помощники раздают зрителям и членам
команды ножницы и бумагу.)
Квадратный лист складываем по диагонали (рис. 39, а, б).
Правый острый угол сгибаем на левую сторону со смещением
вверх (рис. 39, в). Аналогично сгибаем левый угол В противопо-
ложную сторону, так чтобы линии сгиба совпали (рис. 39,г). По-
том складываем всю заготовку пополам (рис. 39, д). Делаем вы-
резы на верхней части с одной стороны несколько больше, чем с
другой. Таким образом выделяем шесть основных радиальных
линий, на которых располагаем узор (рис. 39, е). После этого в
соответствии со своей фантазией делаем вырезы на обеих сторо-
нах. Готовые снежинки наклеиваем на темный фон. Жюри прису-
90
дит один балл команде за красоту снежинок, один балл — за их
число и еще один балл — за быстроту выполнения задания.
Затем ученики вырезают снежинки и прикрепляют их на стенд.
Жюри оценивает результат. При подготовке этого конкурса мож-
но воспользоваться книгой Перевертень Г. И. Самоделки из
бумаги.— М.: Просвещение, 1983.
8. Конкурс «Все о воде»
Учитель. Вода — самое распространенное вещество на Зем-
ле, имеющее структуру минерала. Ее физические свойства необыч-
ны. Она необходима человеку для поддержания нормальной жиз-
недеятельности организма, о ней слагают стихи и песни, ее
изображают на картинах художники.
Зрителям дается задание спеть песню о воде, прочитать от-
рывки из стихотворений, показать картины художников с изобра-
жением воды, а также рассказать об этих художниках. Жюри
должно особо отметить выступления, в которых сообщаются фи-
зические и химические данные о воде, показываются ее аномалии,
говорится о ее ценности для человека. Каждое выступление оцени-
вается одним баллом.
9. Конкурс капитанов «За Лунным камнем»
Ведущий. Издавна считали золото мерой богатства, а сим-
волом богатства — бриллиант, алмаз. Существуют знаменитые
алмазы, которые являются героями литературных произведе-
ний,— это алмазные подвески королевы Франции и драгоценный
камень — желтый алмаз из романа английского писателя XIX в.
91
Уилки Коллинза. Если верить тексту, где автор ссылается на ста-
ринное индийское предание, то знаменитый желтый алмаз полу-
чил собственное имя Лунный камень (так назван и роман) из-за
своего цвета и отчасти из-за легенды. В нем рассказывается, что
будто блеск алмаза подчиняется Луне, т. е. увеличивается с пол-
нолунием и уменьшается, если на небе виден лунный серп. Уилки
Коллинз заканчивает свой роман такими словами: «Какими ока-
жутся следующие приключения Лунного камня?» — это первый
вопрос, на который капитаны должны дать ответ.
В произведениях других авторов встречаются описания физи-
ческих явлений, наблюдаемых с помощью алмаза.
Куприн так описывал игру света в бриллианте:
«...Это не камень — это странный таинственный огонь...
Вот блеснул синий сноп лучей. Такого цвета не бывает ни на
небе, ни в море. Блеснул, затрепетал и скрылся, и вот уже льется,
точно зарево огромного пожара, красный торжествующий огонь.
Но мгновение, незаметный поворот головы — и загорелось зе-
леное сияние, тихое, глубокое, похожее на мерцание июльского
светлячка в густой траве. Еще миг — и заструится веселый золо-
той свет солнца, и вдруг заметались, заплясали все цвета ра-
дуги».
Капитаны получают второй вопрос: объяснить описанную Куп-
риным игру света в бриллианте.
Двадцатый век произвел переоценку ценностей: силу, стали
считать красотой. Поэтому определение алмаза как драгоценного
камня заискрилось новыми оттенками. Благородный алмаз пере-
стал быть только символом богатства, а стал реальным инстру-
ментом власти человека над природой. Им «инкрустируют» не ко-
ролевские короны и скипетры, а буровые коронки и резцы. Растет
потребность в алмазах. Капитаны получают третий вопрос: как
удовлетворить спрос в алмазах?
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы на вопросы, задаваемые первой командой
при разминке
1. Серебро и рубидий.
2. Нельзя заставить жидкость при нормальных условиях кри-
сталлизоваться при температуре выше ее температуры плавления.
При температуре ниже О °C существует несколько разновидно-
стей льда.
3. Туман.
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой
при разминке
1. А — хлор, В — марганец.
2. Сказочное вещество — «живая вода».
3. Река подо льдом.
92
Ответы к конкурсу «Изготовление из бумаги
и клея прочных конструкций»
Известно, что в строительных сооружениях применяют балки
и другие детали из фасонной стали: уголки, тавры, двутавры. Же-
сткость балки определяют профилем ее сечения и материалом.
Действительно, бумажная полоска легко прогибается под своей
тяжестью, но если изменить ее форму, т. е. если ее изготовить в
виде полого короба или П-образной формы или профилю при-
дать форму двутавровой балки, то жесткость «балок» из бумаги
значительно возрастет. Исполнители легко могут их сделать.
Деформацию изгиба значительно уменьшают разного рода
подпоры. Колонны — это не только украшения, но и способ за-
щитить сооружение от разрушения. Такие конструкции встреча-
ются и в природе. Например, знаменитое дерево Индии баньян
имеет самую большую по ширине крону — в окружности до 500 м.
Для того чтобы ветви такого дерева не обломились от собствен-
ной тяжести, от них к земле отрастают корни-подпорки в виде
колонн диаметром около двух метров. Знаменитый калькутский
баньян (ему 150 лет) опирается своими ветками на 300 таких
колонн.
Кроме колонн, деформацию изгиба уменьшают подкосы. До-
ска, переброшенная через ручей, значительно прогибается под
тяжестью проходящих по ней людей. Наибольшее напряжение
испытывает середина доски, поэтому в этом месте она чаще всего
ломается. Если прибить к доске два подкоса, то жесткость ее зна-
чительно увеличится (рис. 40).
Строители всех времен и народов применяли сочетание сво-
дов, арок, куполов. Такая форма значительно увеличивает жест-
кость изгибаемой балки.
93
В настоящее время железобетон стал основным строительным
материалом. Советские инженеры внесли значительный вклад в
теорию и практику железобетонного строительства. Одно из са-
мых значительных сооружений нашего времени — Останкинская
телебашня. Автор башни — конструктор Николай Васильевич Ни-
китин (1907—1973)—крупнейший советский инженер и ученый,
изобретатель оригинальных железобетонных и металлических
конструкций, лауреат Ленинской и Государственных премий.
Высота Останкинской телебашни 537 м. Она не только прочна и
надежна, но и красива, очень изящна.
Ответы к домашнему заданию «Почти детективная история»
Причина различия свойств белого и серого олова — в распо-
ложении атомов в кристаллической решетке. Если температура
белого олова опускается ниже 13 °C, то атомы олова могут пере-
строиться и образовать кристаллы другой разновидности. Это
происходит потому, что белое олово устойчиво при температуре
выше 13 °C. Силы, которые удерживают атомы олова на своих
местах в кристаллической решетке, зависят от температуры. Если
температура опускается ниже 13 °C, то решетка белого олова ста-
новится неустойчивой: атомы немного расступаются, строй их
меняется и образуется серое олово. При переходе из белой раз-
новидности в серую олово резко меняет свой объем, поэтому рас-
сыпается в порошок.
Чтобы белое олово превратилось в серое, оно должно «про-
студиться». В рассказанных историях, где описываются превра-
щения олова из одной разновидности в другую, всегда было хо-
лодно. Почему же «оловянная чума» встречается редко? Если бы
олово на морозе всегда рассыпалось, им нельзя было бы пользо-
ваться. Между тем мы знаем, что спаянные оловом изделия не
разваливаются.
Дело в том, что существует явление переохлаждения: чистая
вода может остыть ниже 0°С и не замерзнуть, если она находит-
ся в закрытом сосуде и без тряски. Если встряхнуть такую пере-
охлажденную воду, то она моментально замерзает. Такое явле-
ние характерно и для твердых тел. При обычных температурах
белое олово — переохлажденный кристалл, но его атомы доста-
точно устойчивы, и им трудно перестроиться. Если охладить оло-
во и при этом его сдавить или поцарапать, то начинается бурный
процесс перехода переохлажденной белой разновидности в более
устойчивую — серую, т. е. начинается «оловянная чума».
Совершенно чистое металлическое олово сейчас обычно не
употребляется, к нему обязательно добавляют примеси. Если
добавить висмут, то можно предотвратить эту «болезнь». Ни-
чтожная добавка примеси, т. е. несколько атомов висмута в кри-
сталлическую решетку олова, мешает перестройке атомов.
94
Ответы к домашнему заданию «Занимательная
история из жизни водомерки»
Водомерка удерживается на поверхности воды благодаря по-
верхностному натяжению.
Поверхностный слой жидкости похож на растянутую резино-
вую пленку, но происхождение поверхностных сил иное, чем упру-
гих сил растянутой резины. Молекулы поверхностного слоя испы-
тывают притяжение со стороны нижележащих молекул. Так как
молекулы жидкости могут перескакивать из одного «оседлого»
положения в другое, то жидкость стремится к тому, чтобы на ее
поверхности было минимальное число молекул. В результате по-
верхностный слой жидкости находится как бы в натянутом со-
стоянии подобно упругой пленке. Однако по закону Гука упругие
силы деформированной резины зависят от величины деформации,
а силы поверхностного натяжения никак не зависят от величины
площади поверхности пленки.
Поверхностное натяжение воды уменьшается при добавлении
мыла, спирта, камфоры и других растворимых в жидкости ве-
ществ.
Ответы к конкурсу химиков
Для первой команды. Исследуемое вещество хорошо раство-
ряется в воде. В растворе не меняется цвет лакмуса. Следова-
тельно, это вещество не может быть ни кислотой, ни щелочью. Это
соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой.
Проведем качественные реакции на анион. С катионом бария
осадка не образуется. Значит, это соль азотной или соляной кис-
лоты. Вспышки на раскаленном угольке кристаллики соли не да-
ют. Отсюда можно сделать вывод: это соль соляной кислоты. Для
подтверждения добавляем к раствору несколько капель нитрата
серебра. Выпадает творожистый осадок, нерастворимый в азотной
кислоте. Далее определим катион. Соль не подвергается гидро-
лизу. Следовательно, это соль щелочного или щелочноземельного
металла. Внесем вещество в пламя горелки. Пламя окрасилось в
фиолетовый цвет. Это соль калия КС1.
Для второй команды. Исследуемое вещество находится в рас-
творе. Это бесцветная жидкость, в которой лакмус окрашивается
в красный цвет. Значит, это кислота или соль слабого основания
и сильной кислоты. При добавлении цинка к веществу бурно вы-
деляется водород. Дальнейший анализ показывает, что исследуе-
мое вещество — серная кислота.
Ответы к конкурсу капитанов «За Лунным камнем»
1. Продолжением романа Уилки Коллинза может стать или
история об одном алмазе, называемом «Шах», начавшаяся в
Индии и закончившаяся в Москве, пересказанная академиком
95
A. E. Ферсманом в «Занимательной минералогии», или краткая
хроника алмазной эпопеи.
2. Алмаз обладает особенным свойством: рассеивать световые
лучи, разлагая их в спектр, от красного до фиолетового. Это
явление называется дисперсией света и объясняется тем, что лу-
чи света, проходя сквозь алмаз, преломляются. Наиболее сильно
преломляются фиолетовые лучи, наименее — красные.
Так как алмаз имеет большой показатель преломления — 2,4
(для сравнения — показатель преломления стекла 1,5), то дис-
персионные цветные полосы получаются широкие.
3. По своему Составу алмаз, так же как графит,— простой
углерод и от графита отличается только расположением атомов в
кристаллической решетке. Аморфный углерод в природе — это
самса и уголь (рис. 41—структура графита; рис. 42 — структура
алмаза).
V. ЛЮБОВЬ К ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ
Конкурсные задания вечера посвятим проблемам электротех-
ники и вопросам использования электрической энергии в практи-
ческих целях, что значительно расширит теоретические знания
учащихся по электричеству.
Один из конкурсов посвятим развитию советской энергетики и
назовем его «Вижу Россию электрической».
Такой конкурс имеет большое воспитательное значение, так
как позволяет связать знания учащихся по электродинамике с
практическим использованием достижений электротехники в на-
родном хозяйстве. Кроме того, вопросы промышленного получе-
ния электроэнергии изучаются на уроках физики, а строительство
и размещение электростанций на территории СССР — на уроках
географии. Такое конкурсное задание поможет в установлении
межпредметных связей физики и географии.
Конечно, производство электроэнергии — серьезная задача
энергетики, но не менее важно передать полученную электроэнер-
гию потребителю с наименьшими потерями.
96
Электролампы, электродвигатели, электронагреватели и про-
чие потребители электрической энергии соединяются с источни-
ками электрического напряжения, а также между собой прово-
дами, в результате чего получаются сложные цепи, при расчете и
сборке которых возникает много вопросов. В связи с этим анализ
схем и сборка цепей должны обязательно войти в конкурсные за-
дания. Такие задания помогут проверить практические навыки
соревнующихся.
Развитие электротехники и широкое использование электриче-
ской энергии в народном хозяйстве связаны с большим числом
открытий и изобретений. В этом отношении большой интерес
представляют открытия и изобретения русских электротехников.
В жизни мы имеем дело со множеством электрических прибо-
ров, создающих нам комфорт, поэтому потребность в специали-
стах-электриках еще не отпала. Каждый встречающийся с элек-
трическими установками должен ясно представлять опасность
электрического тока, неуклонно выполнять требования правил
безопасного труда и при поражении током уметь оказать постра-
давшему немедленную помощь. С помощью специальных заданий
можно проверить знания учащихся по этим правилам.
Традиционные домашние задания назовем «Электричество в их
жизни» и одно посвятим русскому инженеру А. Н. Лодыгину и
его лампе накаливания — новому невиданному для того времени
источнику электрического освещения, а другое — живым орга-
низмам.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Электрические цепи и схемы».
2. Конкурс «Черный ящик».
3. Конкурс «Электровикторина».
4. Конкурс «Определение полярности источника постоянно-
го тока».
5. Проверка домашнего задания одной из команд — «Лам-
почка Лодыгина».
Второе отделение
6. Проверка домашнего задания другой команды « Парадок-
сы биоэнергетики».
7. Конкурс «Электрический ток и безопасность человека».
8. Конкурс «Вижу Россию электрической».
9. Конкурс «Азбука электротехники».
10. Конкурс капитанов «Жизнь среди молний».
При подготовке к этому вечеру необходимо изготовить элек-
трифицированные стенды, панели для экспериментальной задачи
«черный ящик», подобрать оборудование для определения поляр-
ности источника постоянного тока и сделать таблицу «Некоторые
эффекты действия тока в организме человека» для демонстрации
ее при проведении конкурса «Электрический ток и безопасность
7 Заказ № 1106
97
45. Э. X. Ленц
46. Б. С. Якоби
47. А. Г. Столетов
98
48. A. H. Лодыгин
49. П. Н. Яблочков
50. М. О. Доливо-Доброволь- 51. А. С. Попов
ский
52. В. П. Володин
99
7*
1 Кольская им.
60-летия СССР
2 Волховская
им.В.К.Леника
3 Вижнесвирская
Т
5
Верхнесвирскал
Лехихградскал
ГАЭС
Ленинградская
им.В.И.Ленина
7 Прибалтийская их.
Ленинского комсомола
8 Плясиньская
им.В.И.Лвнина
9 Литовская
им.В.И.Ленина
10 Лухомльская
11 Смоленская
12 Чернобыльская
13 Хмельницкая
14 Днестровская ГАЭС
15 Ладыжинская
им. 50-летия СССР
Молдавская
Трипольская
Каневская ГАЭС
18
17
18
6
о
ха.
ецкая
бс
эный
инска
во
илташска
езмеинская
АВ. И. Ленин*
Балхаш
алчага
О
©
22
23
19
20
АЭ«Г? •
' ’ ’вайР°^1’
Южн.о-И краинскал
*“ кРиеоРожскал
2* Кременчугская
Змиевская
Приднепровская
КайзЛядорс
Кислогубскал
(приливная)
'Серебрянсхие
кая
Егбошйнска
Рефтинская
‘К
Трочи'кая
лЬ С/ч.л'а
8
Баку
скал ч/
'аоаганда
захст
Важнейшие
электростанции:
тепловые
атомные
гидроэлектростанции
Строящиеся электростанции
Группы тепловых электростанций
и каскады гидроэлектростанций
Единая энергетическая
система СССР (ЕЭС)
Кизеловская Электростанции, построенные
———— по плану ГОЭЛРО
Примечания: 1. Электростанции мощностью 1 млн. кВт
и выше выделены крупным знаком
2. ГЛЭС - гидроаккумулирующие электростанции
Объединенные энергетические
системы (ОЭС)
fl I II Средней Азии fcZZZf Востока*
рТгл*| Энергосистемы и энергорайоны
в Сибири и на Дальнем Востоке
100
34 Днепрогэс
1ЙППГЛенина
25 Углегорская
28 Славянская
27 Нововоронежская
им.50~лгтия СССР
28 Ворошиловградская
J9 Штеоовская
30 Старобешевская
31 Новочеркасская
им.50~летия СССР
32 Цимлянская
33 Ростовская
34 Невинномысская
35 Гизельдонская
36 Разданская
37 Мингечаурская
им.В.И. Ленина
38 Чиркейская
39 Конаковская
40 Иваньковская
41 Загорская ГАЭС
42 Обнинская
43 Черепетская
44 Щекинская
45 Новомосковск
46 Катипская им.
Коэсилслноес^го
47 Шатурская
48 Волжская им.
ХХП съезда КПСС
49 Саратовская им.
Ленинского комсомола
50 Волжская
им.В.И.Ленина
51 Димитровградская
52 Тольятти
53 Татарская
54 Нижнекамская
55 Зои некая им.
бО-лзтая СССР
56 Банкирская
57 Кармановская
58 Воткинская
59 Среднеуральская
60 белоярская им.
И.В. Курчатова
61 Марыиская им.
50-летия СССР
62 Талимарджанская
63 Чардаринская
64 Сырдарьинская им
50-летия СССР
65 Бозе ейская
66 Учкурганская
67 Камбаратипские
68 Ульбинская
69 Южно-Кузбасская
70 Томь- Усинская
71 Березовские
72 Красноярская им.
50-летия СССР
101
человека». Два электрифицированных стенда необходимы для
проведения электрови:<ториныгцель которой — проверить, знают
ли учащиеся ученых и изобретателей нашей Родины, чей творче-
ский труд, исследовательская работа и научные открытия спо-
собствовали развитию электротехники. Для этого надо на одну
половину большого вертикального стенда наклеить фотографии
русских ученых-электротехников, кто сказал первое слово в обла-
сти практического использования электрических явлений. На вто-
рой половине этого стенда написать краткие сведения об их
изобретениях и открытиях. Тексты и соответствующие фотогра-
фии сдвинуть относительно друг друга.
Стенд для занимательности следует электрифицировать. Это
даст возможность учащимся более наглядно совмещать портреты
и сведения к ним.
Ниже представлен материал для такого электрифицированно-
го стенда.
М. В. Ломоносов. Создал теорию атмосферного электричества.
Полагал, что существует связь между электрическими и световы-
ми явлениями (рис. 43).
П. Л. Шиллинг. Осуществил первую в мире телеграфную
связь при помощи изобретенного им стрелочного телеграфа
(рис. 44).
Э. X. Ленц. В области электромагнитной индукции установил
закон, носящий его имя (рис. 45).
Б. С. Якоби. Разработал и построил первый электрический
двигатель, разработал процесс гальванопластики. Он был пер-
вым, кто изобрел пишущий телеграф (рис. 46).
А. Г. Столетов. Исследовал намагничивание железа, что дало
возможность производить расчеты электромагнитов для электри-
ческих машин (рис. 47).
А. Н. Лодыгин. Построил первую лампу накаливания сначала
с угольной, а потом с металлической вольфрамовой нитью
(рис. 48).
П. Н. Яблоч ков. Изобрел электрическую «свечу», разработал
конструкции генераторов переменного тока, изобрел трансфор-
матор (рис. 49).
М. О. Доливо-Добровольский. Изобрел систему трехфазного
тока, построил трехфазный трансформатор, асинхронный электро-
двигатель (рис. 50).
А. С. Попов. Изобрел радио (рис. 51).
В. П. Володин. Создал первый в мире высоковольтный ртут-
ный выпрямитель с жидким катодом, разработал индукционные
печи для использования токов высокой частоты в промышленно-
сти (рис. 52).
Для конкурса «Вижу Россию электрической» учащиеся гото-
вят электрифицированную карту Советского Союза (см. карту).
В программе вечера — конкурс «Черный ящик» — ученики,
определяя параметры, должны назвать элементы электрической
цепи, спрятанные под ящиком. Для этого на двух вертикальных
102
стендах (для двух команд) монтируют две электрические цепи из
источника постоянного тока, трех последовательно соединенных
резисторов (из набора проволочных сопротивлений 1, 2 и 4 Ом)
и ключа.
Черными ящиками закрывают источник тока и один резистор.
Чтобы усложнить выполнение задания, эти ящики одинаково рас-
полагают на обеих панелях, но под ними спрятаны разные эле-
менты.
Для измерения параметров элементов электрической цепи к
каждому стенду прикладывают лабораторные амперметр и вольт-
метр.
Для конкурса «Определение полярности источника постоянно-
го тока» подбирают оборудование и укладывают его на два лоточ-
ка. В этот комплект должны войти три источника постоянного то-
ка (знак, указывающий полярность, заклеен), соединительные
провода со штекерами и клеммами, растворы фенолфталеина,
хлорида калия, сульфата натрия или хлорида натрия, кристалли-
ки хлорида меди (II), перманганат калия (марганцовка), фильт-
ровальная и лакмусовая бумажки, несколько стеклянных пласти-
нок, химические стаканы с водой, угольные электроды из набора
Горячкина по электролизу и медный купорос в порошке.
Для конкурса «Азбука электротехники» надо на больших ли-
стах нарисовать десять условных обозначений элементов, приме-
няемых в электрических схемах.
Для конкурса «Электрический ток и безопасность человека»
учащиеся должны нарисовать таблицу 2 и подготовить доклады
«Действие электрического тока на тело человека» и «Поражения
током в быту и первая помощь пострадавшему».
Доклад «Действие электрического тока на тело человека»
Ток, который протекает по телу, определяется законом Ома, а
значит, зависит от приложенного напряжения и от сопротивления
тела: сопротивление кожи при точечном контакте является опре-
деляющим фактором, который ограничивает ток. При высоких
частотах более существенным фактором является внутреннее со-
противление тела. Следовательно, в большинстве случаев ток, про-
текающий через тело, в основном зависит от состояния тела в
точке контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а сы-
рая или мокрая кожа будет обладать низким сопротивлением, так
как ионы, находящиеся во влаге, обеспечат беспрепятственное
прохождение тока в тело. При сухой коже сопротивление между
крайними, точками тела, например от ноги до руки или одной ру-
ки до другой, может быть равно 105 Ом. Полное сопротивление
тела между обычными потными руками равно 1500 Ом.
В отмеченных ситуациях максимальные токи, возможные при
контакте с бытовой электроцепью напряжением 220 В перемен-
ного тока, будут равны:
/ == 220 в = 2,2 мА (сухая кожа);
105 Ом ' J '
103
/= 22(' В — 150 мА (мокрая кожа).
1500 0м г
Наиболее чувствительными к электрическому току являются
мозг, грудные мышцы и нервные центры, которые контролируют
дыхание и сердце.
Если ток от внешнего источника пропускать через сердце, то
возникают нескоординированные сокращения желудочков. Этот
эффект называется желудочковыми фибрилляциями. Однажды
самопроизвольно возникнув, желудочковые фибрилляции уже не
прекращаются, даже если прекратилось действие вызвавшего их
тока. В состоянии желудочковых фибрилляций сердце может быть
приведено слабыми токами значением от 50 до 100 мкА.
В течение 1—2 мин сердечные мышцы, не получающие коро-
нарной крови, слабеют, в результате чего они не могут быть сно-
ва приведены в состояние нормальных сокращений и наступает
смерть. Если до того момента будут приняты экстренные меры,
то регулярное действие сердца может быть сохранено. Обычная
техника, применяемая для дефибрилляции, заключается в про-
пускании через сердце за несколько миллисекунд тока пример-
но 10А.
Доклад «Поражения током в быту и первая помощь
пострадавшему»
Токи, величины которых недостаточны, чтобы вызвать желу-
дочковые фибрилляции, могут привести к остановке дыхания, па-
рализуя действие нервных центров, контролирующих легкие. Этот
эффект сохраняется даже после прерывания тока. Дыхательный
паралич в теле может возникнуть от токов, величины которых
лежат в диапазоне от 25 до 100 мА. Даже токи значением 10 мА
могут сократить грудные мышцы так, что дыхание прекратится.
Некоторые эффекты действия токов в организме приведены в таб-
лице 2.
Таблица 2
Сила тока при частоте 60 Гц Эффект действие тока
0—0,5 мА 0,5—2 мА 2—10 мА 10—20 мА 16 мА 20—100 мА 100 мА—3 А Более 3 А Отсутствует Потеря чувствительности Боль, мышечные сокращения Растущее воздействие на мышцы, некоторые по- вреждения Ток, выше которого человек уже не может освобо- диться от электродов Дыхательный паралич Смертельные желудочковые фибрилляции (необходи- ма немедленная реанимация) Остановка сердца. (Если шок был кратким, серд- це можно реанимировать.) Тяжелые ожоги
104
Возможность электрического шока существует во многих по-
вседневных ситуациях. Источниками смертельных ударов током
являются электрические устройства, которые собраны неправиль-
но или неаккуратно или же использующиеся не по назначению.
Предположим, что какая-либо ошибка привела к тому, что нагре-
вательная спираль соединилась с металлическим корпусом обо-
гревателя. Это может произойти, если изоляция проводника пе-
ретерлась в том месте, где он касается корпуса, или же образо-
валась перемычка из пыли и грязи, которая открывает току путь
к корпусу. Если заземленный человек дотронется до корпуса
обогревателя, то его тело становится частью электрической цепи.
Если человек стоит в ванной комнате на влажном полу или дер-
жится за заземленную трубу, то сопротивление будет низким и
через него пройдет значительный ток, что может привести к смер-
тельному исходу. Однако если будут приняты экстренные меры,
то жизнь человека, подвергнувшегося действию электрического
тока, может быть сохранена.
При всех несчастных случаях прежде всего необходимо осво-
бодить человека от дальнейшего воздействия на него электриче-
ского тока.
При низком напряжении можно воспользоваться сухой палкой,
доской, веревкой, одеждой или другими сухими изоляторами.
Нельзя пользоваться металлическими или мокрыми предметами.
Ни в коем случае нельзя работать неизолированными руками: в
противном случае вы тоже окажетесь в этой цепи и не сможете
освободиться. Для изоляции себя от земли и от пострадавшего
подающий помощь может надеть резиновую обувь, встать на
сухую доску, на не проводящую ток подстилку или надеть рези-
новые перчатки. Можно предложить пострадавшему попробовать
самому отделиться от земли: например, подпрыгнуть над полом.
Пострадавшему надо дать полный покой, растегнуть пояс и
одежду; необходимо дать понюхать нашатырный спирт, а также
растереть и согреть тело.
Если пострадавший не подает признаков жизни, следует при-
менять приемы искусственного дыхания и массаж сердца, для
чего необходимо положить пострадавшего на спину, подложить
ему под лопатки сверток одежды, чтобы можно было слегка за-
прокинуть голову, а затем пострадавшему раскрыть рот. Затем
надо встать на колени над головой пострадавшего, захватить его
руки у локтя и, считая «раз», «два», «три», поднять руки постра-
давшего, закинуть их за голову (вдох). Считая дальше, слегка
прижать.руки к бокам (выдох). При этом попробовать массажи-
ровать сердце и во время вдоха впускать с помощью своих лег-
ких через рот пострадавшему воздух. В любом случае при пора-
жении электрическим током надо вызвать врача.
1. Разминка «Электрические цепи и схемы»
Ведущий. В повседневной практике мы на каждом шагу
встречаемся с электрическими цепями. Простейшая электрическая
105
пепь может быть собрана из источника тока, потребителей и со-
единительных проводов. Однако включение в такую цепь выклю-
чателей и розеток для различных электрических потребителей,
например настольных ламп, электроутюгов, электроплиток, холо-
дильников, создает более сложные цепи, над которыми прихо-
дится задумываться.
Один из членов команды предлагает электрическую схему, на
которой имеется ошибка. Участники конкурса должны эту ошиб-
ку найти. Затем проверяют умения соперников вычислять пара-
метры электрической цепи, например работу электрического тока
или потребляемую мощность. Следует помнить, что задача не
должна быть типичной, поэтому проводят «испытание» подобран-
ной задачи. Если ответ дают немедленно и верный, то задача не
выдержала испытаний и не подходит для разминки. Своим сопер-
никам команда должна предложить такую задачу, правильное ре-
шение которой можно найти лишь при внимательном глубоком
анализе ее условия.
Отличительной чертой является парадоксальность ответа или
вопроса. Это значительно повышает интерес зрителей к самостоя-
тельному решению.
Вопросы первой команды
1. Демонстрируют две схемы с лампами, выключателями и штепсельными
розетками (рис. 53, 54). В какой схеме штепсельная розетка включена пра-
вильно, а в какой — неправильно? В чем ошибся электромонтер в одной из
этих цепей?
2. Электрическая цепь состоит из пяти электроламп равной мощности,
включенных последовательно. Изменится ли расход электроэнергии, если из
этой цепи убрать одну из ламп, т. е. составить последовательную цепь из че-
тырех последовательно соединенных ламп той же мощности?
3. Какое самое большое сопротивление мы ежедневно включаем в своей
квартире: холодильник? телевизор? плитку? утюг? Не торопитесь с ответом.
106
Вопросы второй команды
1. Длинный коридор имеет элект-
ропроводку. Человек, войдя с одного
конца коридора, включил лампу, а
пройдя коридор, выключил ее. Ка-
кова схема проводки, если лампочку
можно включать и выключать с обо-
их концов коридора. (Ответ дан на
рисунке 55.)
2. Демонстрируют плакат, на
котором нарисованы схемы соедине-
ния четырех электрических лампочек
в две электрические цепи (рис. 56).
В каком случае лампы будут гореть
ярче?
3. Выражение мощности тока
Р = указывает на то, что по-
требляемая мощность
t/3
же Р= — указывает
°
уменьшается с уменьшением сопротивления. Равенство
на обратное. Как примирить эти явно противоречивые
выводы?
Помощники вносят два стенда, на которых собраны одинако-
вые электрические цепи из источника тока, резисторов, соединен-
ных параллельно, и ключа, и все это закрыто черными ящиками.
Учащимся (двум от каждой команды) предлагают за 5—7 мин с
помощью вольтметра обнаружить, под каким ящиком спрятан
источник тока, а с помощью амперметра и вольтметра определить
сопротивление резистора, скрытого вторым ящиком.
Пока учащиеся выполняют задание, учитель рассказывает о
том, что черным ящиком называют элементы, объединенные в
группу, внутреннее устройство которой неизвестно, а известны
только входные и выходные величины.
Если над такой группой проводить эксперименты, то, сопостав-
ляя входные и выходные параметры, можно сделать ряд важных
выводов об ее свойствах.
107
Далее учитель объясняет, что этот конкурс носит условное
название, так как под ящиком упрятано всего лишь по одному
конкретному прибору, но для того чтобы их найти за короткое
время, нужно хорошо знать законы постоянного тока.
Конкурс оценивают двумя баллами, т. е. по одному за каж-
дый правильный ответ.
3. Конкурс «Электровикторина»
Этот конкурс посвящен русским ученым и их изобретениям в
области электротехники.
Помощники устанавливают на сцене электрифицированный
стенд На нем наклеены фотографии ученых и изобретателей на-
шей Родины, чей творческий труд, исследовательская работа и
научные открытия способствовали развитию электротехники, тех,
кто сказал первое слово в области практического использования
электрических явлений. При этом ничуть не пытаясь уменьшить
заслуги ученых других стран, ведущий с гордостью говорит о
том, что история электричества неразрывно связана с именами
русской и советской науки.
Знаете ли вы их имена?
На этом стенде написаны важнейшие открытия и изобретения
в области электротехники, выполненные этими учеными.
Знаете ли вы, какое открытие или изобретение сделал тот
или иной ученый?
Ученикам предлагают ответить на эти вопросы.
Один из членов команды подходит к стенду, читает текст, в
котором описывается одно из открытий, и называет имя ученого.
Правильность ответа проверяет присоединением контактных про-
водов к металлическим пластинкам, расположенным под фото-
графией и текстом, За правильный ответ жюри награждает уче-
ника одним баллом. Если ответ ошибочен, учитель предлагает
зрителям оказать помощь своему товарищу. Зрители, знающие
ответ, поднимают руки. Ученик, стоящий у стенда, по своему
усмотрению называет одного из зрителей. Верный ответ оцени-
вается 0,5 балла. Затем к стенду подходит представитель второй
команды. В конкурсе должны участвовать члены обеих команд.
4. Конкурс «Определение полярности
источника постоянного тока»
В этом конкурсе участвуют по три ученика от каждой
команды.
Каждый ученик отвечает на один вопрос. Примерные вопросы
следующие:
1. Химический способ распознавания полюсов источника постоянного тока
заключается в том, что концы проводов прикладывают к фиолетовой лакму-
совой бумажке, смоченной раствором соли. Какие именно соли можно • при
108
этом взять? Как будет меняться цвет бумажки? Напишите электронно-ионные
уравнения.
2. На фиолетовую бумагу, смоченную раствором сульфата натрия, поло-
жите кристаллик хлорида меди и по обе стороны его поместите электроды.
При включении источника постоянного тока от кристаллика потянулся окра-
шенный язычок. Объясните цвет этого язычка. Где отрицательный полюс?
3. Полярность источника постоянного тока можно установить по продук-
там окислительно-восстановительных реакций под действием электрического
тока, которые осаждаются на поверхности электрода или выделяются пузырь-
ками газа. Проделайте такие опыты. Напишите уравнения. Расскажите, из
каких процессов слагается наблюдаемый вами электролиз.
Для экспериментального исследования приготовлены лоточки
с необходимым оборудованием.
Отчет заслушивают после небольшого антракта. За правиль-
ный ответ ученик получает один балл. Затем команды показыва-
ют свои домашние задания. Для выполнения такого задания уча-
щиеся имеют обширный материал, ибо среди людей, связавших
свою жизнь с электричеством, можно найти представителей са-
мых различных профессий: физиков, инженеров, врачей, переплет-
чиков, столяров и государственных деятелей.
В качестве примера учащимся может быть предложена исто-
рия изобретения электрической лампы накаливания. Это печаль-
ная история о жизни и деятельности известного русского инжене-
ра Александра Николаевича Лодыгина, который умел сочетать
практическую целеустремленность с научными обобщениями, что
и позволяло ему принимать простые и яркие решения. Эту исто-
рию на вечере пересказывают два ученика, демонстрируя модель
лампы накаливания Лодыгина.
5. «Лампочка Лодыгина»
Ученик А. Мы приглашаем всех присутствующих на пуб-
личную демонстрацию электрического освещения по способу Ло-
дыгина, для чего раздаем билеты, подобные тем, которые полу-
чили приглашенные в Петербургском технологическом институте
7 августа 1873 г. (рис. 57).
Чтобы создать иллюзию освещения тех лет, зажжем в зале
только одну небольшую лампочку.
Ученик Б. Однако годом изобретения первой лампочки на-
каливания принято считать публичную демонстрацию не в техно-
логическом институте, а на полигоне Волково поле в Петербурге
в 1870 г.
На Волковой поле 5 ноября 1870 г. от 20 ч до 22 ч проводи-
лись опыты над применением электрического освещения в воен-
ном деле. Электротехник Н. В. Попов вспоминает об этих опы-
тах: «В то время я был гимназистом 3-го класса. Не помню, из
каких источников, вероятно из газет, я узнал, что в такой-то день
и час где-то на Песках, будут показаны опыты электрического
освещения лампами Лодыгина. Я страстно желал увидеть этот
новый электрический свет. Отец мой жил тогда на Шпалерной
109
БИЛЕТЪ ДЛЯ ВХОДА ИА ОПЫТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ
п<> способу АН ЛОДЫГИНА
нл 7 августа в» 9час вечера
8ъ политехническое институте
улице у Таврического сада, и, чтобы пройти на Пески, надо было
пересечь пустынный и неосвещенный в то время Преображенский
плац, где по преданию и рассказу Н. В. Гоголя была снята с Ака-
кия Акакиевича шинель. Мне стоило большого труда уговорить
отца отправиться со мной на Пески. К счастью, на Преображен-
ском плацу мы были не одни. Вместе с нами шло много народа
с той же целью — увидеть электрический свет. Скоро из темноты
мы попали в какую-то улицу с ярким освещением. В двух улич-
ных фонарях керосиновые лампы были заменены лампами нака-
ливания, изливавшими яркий белый свет. Масса народа любова-
лась этим освещением, этим огнем с неба. Многие принесли с
собой газеты и сравнивали расстояния, на которых можно читать
при керосиновом освещении и при электрическом».
Ученик А. Изобретателем первой электрической лампы,
«фонаря для накаливания током», является русский электротех-
ник Александр Николаевич Лодыгин!
Ученик Б. Я познакомлю с устройством лампочки Лодыги-
на (рис. 58). Между концами толстой медной проволоки укреп-
лен стерженек из ретортного угля. Этот уголек накаливания
находился в герметически закупоренном сосуде. Воздух из бал-
лона не выкачивался. При прохождении тока уголек накаливал-
ся, часть его сгорала в кислороде, а остальной уголек продолжал
давать свет, находясь в среде азота и углекислоты. Продолжи-
тельность горения такой лампочки при первоначальной ее конст-
110
рукции была всего 30 мин. Чтобы увеличить срок службы лам-
почки, Лодыгин вводит в баллон два и более угольков.
Ученик А. Судьба этого изобретения полна драматических
моментов. Его история — история человеческой жизни. Она со-
держит много трагических моментов, но и немало увлекательного.
Накаливанием током занимались в то время англичанин Де-
ви, американец Эдисон, француз Шанжи. Лодыгин первым выка-
чал воздух из стеклянной колбы, первым пришел к вакуумной
лампе накаливания. Он получает Ломоносовскую премию, орга-
низует собственное дело, производит публичные демонстрации.
Однако компания, в которой он состоял, своими операциями гу-
бит дело. Нет средств продолжать экспериментальные исследо-
вания. Между тем практический гений — американец Эдисон бы-
стро понял, что это очень серьезное изобретение, и что это боль-
шие деньги. Он развернул массовое производство, построил за-
воды в США, Германии, Франции, Италии, судился с конкурен-
тами и совершенствовал лампу.
Ученик Б. Судьба Лодыгина печальна. В 1884 г. Александр
Николаевич уезжает в Париж, надеясь там открыть свое дело по
производству ламп. Но у него нет связей. Через четыре года он
переезжает в Америку. Вновь первым открывает способности
электрической нити. Внимание заслуживает нить, но не он — ве-
ликий изобретатель. Вскоре Лодыгин возвращается в Париж,
занимается автомобильным производством, и опять дело не идет,
и снова Америка, и снова Россия. Замышлял строительство элек-
тростанции, но безуспешно.
В 1916 г. он приехал в США уже усталым человеком. Вскоре
из России пришли необыкновенные вести: революция, электрифи-
кация. Нужна молодость и сила. Но молодость прошла, и сил уже
не было.
Ученик А. В 1923 г. советские инженеры отметили 50-ле-
тие первых опытов Лодыгина, его избрали почетным членом обще-
ства русских электротехников. Приветственное письмо опоздало:
он умер 16 марта 1923 г.
Лампочка Лодыгина живет. Живет и имя русского инженера,
изобретателя лампы накаливания.
Не менее интересны и занимательны истории о так называе-
мом «растительном и животном электричестве». Речь в них идет
об электрических явлениях, возникающих в организме растения
или животного в процессе жизнедеятельности. Многие открытия,
имеющие отношение к этой теме, сделаны в наше время. Приме-
ром такого домашнего задания может быть небольшая пьеса
«Парадоксы биоэнергетики». Ее герои обсуждают проблемы, свя-
занные с мембранным потенциалом живых клеток. Конфликтная
ситуация в пьесе создается тем, что один ее герой, электрохимик,
высказывает новые идеи, другой — не хочет усложнять свою
жизнь размышлениями об этой новой и не совсем простой про-
блеме. Его мы назовем скептиком. Именно так эти роли должны
исполнять ученики, занятые в этой пьесе.
111
6. Пьеса «Парадоксы биоэнергетики»
Место действия — лаборатория научно-исследовательского института. Ин-
терьер комнаты составляют электрические приборы, собранные в цепи, хими-
ческая посуда, подготовленная для опытов, и растения. Интерьер подобран так,
чтобы было видно, что в этой лаборатории изучаются сложные биоэлектрохи-
мические процессы. Слева и справа на стендах висят два плаката:
<Как ни чудесны законы и явления электричества, выявляющиеся нам в
мире неорганического или мертвого вещества, интерес, который они представ-
ляют, вряд ли может сравниться с тем, что присуще той же силе в соединении
с живой системой и жизнью».
М. Фарадей
<Когда-нибудь наука найдет формулы окисления мозговой коры, измерит
вольтаж, возникающий между извилинами мозга, и творческое состояние в виде
кривых, графиков и химических формул будет изучаться студентами медицин-
ского института».
А. Толстой
На переднем плане за столиком сидят два ученика: электрохимик и
скептик. Они беседуют за чашкой кофе.
Электрохимик (помешивая кофе). Ты уже читал? Сенса-
ция! Удалось показать наличие мембранного потенциала в живой
клетке.
Скептик. Не читал и читать не буду. Во-первых, я там ни-
чего не пойму, а во-вторых, ничего значительного не вижу в этих
исследованиях: замеряют, замеряют эти биотоки то в одной части
тела, то в другой. А кто скажет, какое это может иметь зна-
чение?
Электрохимик. Погоди. Мне известны такие случаи, что
ты изменишь свое мнение.
Скептик (иронически). Вот как? Приведи.
Электрохимик. Для чего растениям нужен солнечный
свет?
Скептик. Давай договоримся говорить по существу. Ответ
на этот вопрос дала наука, изучающая жизнь растений.
Электрохимик. Могу с тобой поспорить. Сегодня на
этот вопрос отвечают иначе: солнечный свет нужен растениям
для того, чтобы делать электрический мембранный потенциал!
Создавать аккумулятор энергии.
Скептик. Ну, это ты хватил. Значит, разводи в квартире
растения, выставляй их на балкон в солнечный день, соединяй
последовательно — и вот тебе источник электричества.
Электрохимик. Зря иронизируешь. Про батарейку из
растений еще не слышал, но точно знаю некоторые данные о жиз-
ни галофильных бактерий, обожающих соленую воду.
В среде, где плавают эти пурпурные бактерии, профессор Сто-
кениус из Калифорнии при облучении их светом обнаружил тайн-
112
ственное появление положительно заряженных протонов. Другой
ученый Пакер собрал из них бактериородопсиновую батар’ейку.
Электрическая лампочка, подключенная к такой батарейке, горе-
ла 90 мин, а вся система сохраняла свою «боеспособность» в те-
чение шести месяцев.
Скептик. Что-то неладно получается: появился новый
источник энергии — где же официальные признания?
Электрохимик. В 1978 г. английскому ученому Питеру
Метчелу была присуждена Нобелевская премия по химии за от-
крытие в области мембранного электричества.
Скептик. И в чем же состоит его открытие?
Электрохимик (подает ему одну из книг, открывая на
той странице, где лежит закладка). Читай.
Скептик (читает). Хемиосомотическое сопряжение Митче-
ла; «При окислении питательных веществ дыхательной цепью
митохондрий происходит разделение электрических зарядов по
разные стороны мембраны. Сопровождая поток электронов по
дыхательной цепи, через мембрану переходят протоны». Я же те-
бе говорил, что ничего не пойму, и уверен, что среди присутствую-
щих не найдется такого человека, который повторил или объяс-
нил смысл прочитанного. Может быть, ты нам расскажешь, что
понимать под мембранным электричеством?
Электрохимик. Слушай. В организме имеются специаль-
ные вещества — ферменты, которые осуществляют в клетках в
определенном порядке химические превращения питательных ве-
ществ. По Митчелу, каждый из ферментов дыхательной цепи —
миниатюрный генератор электрического тока, способный само-
стоятельно зарядить мембрану.
Очень упрощенно это происходит так: химическая энергия, вы-
деляющаяся при окислении молекулы питательного вещества,
преобразуется в электрическую. Это значит, что ферменты дыха-
тельной цепи перенесли электроны с одной поверхности мембра-
ны на ее другую поверхность. Мембрана зарядилась подобно
конденсатору.
С к е п т и к. Стоп! Мембрана — конденсатор? Известно, что
между обкладками конденсатора имеется изолирующий слой,
иначе нельзя удержать разность потенциалов. Значит, мембрана
должна быть изолятором для носителей электрического тока.
В твоем объяснении усматривается определенный парадокс:
сначала ферменты дыхательной цепи должны переносить электро-
ны с одной поверхности мембраны на ее другую поверхность, т. е.
выполнять роль проводников электрического тока, а потом созда-
вать запирающий барьер для носителей электричества, т. е. слу-
жить изолятором.
Электрохимик. Зарядив внутреннюю мембрану подобно
конденсатору до определенного потенциала, электрический ток
включает в работу знакомый в биологии универсальный донор
энергии (АТФ). Электрическая энергия вновь преобразуется в
8 Заказ № 1106
ИЗ
химическую, в энергию АТФ. Таким образом, электрическая энер-
гия становится унифицированной формой энергии в клетке и, сле-
довательно, жизнь клетки непосредственно связана с электриче-
ством.
Скептик. Но мембранный электрический потенциал клет-
ки — это только гипотеза Митчела?
Электрохимик. В настоящее время в этом нет никаких
сомнений. Во многих лабораториях мира получены данные о бел-
ковых электростанциях. Наиболее впечатляющие результаты да-
ли исследования советских ученых В. П. Скулачева и Е. А. Ли-
бермана.
То, что мембранное электричество является идеальной формой
энергии для ее транспорта, впервые высказал в 1969 г. В. П. Ску-
лачев.
Скептик. Невероятно: ЛЭП или ЕЭС — в клетке! Как мы
знаем, электрическая энергия обладает массой достоинств. Элек-
трическую энергию легко можно преобразовать в другие виды
энергии — в тепловую и в химическую. Эту форму энергии можно
легко передавать на далекие расстояния, конечно, при наличии
электропроводов. Что же может претендовать на роль проводов
в клетке?
Электрохимик. На этот вопрос еще предстоит ответить.
Скептик. Не предложишь ли чего-нибудь человечеству,
вроде вечного двигателя? Браво! Браво!
Электрохимик. Причем здесь вечный двигатель?! Речь
идет об энергии Солнца. Практически вся энергия на Земле — от
него, от нашего дневного светила. И тем не менее мы почти не
умеем использовать то, что щедро оно нам дарит ежедневно.
Использование аппарата биосинтеза, возможно, позволит решить
нам эту проблему.
Занавес
7. Конкурс «Электрический ток
и безопасность человека»
Этот конкурс составлен из двух заданий.
Задание первое: подготовить доклады «Действие электриче-
ского тока на тело человека» (одна команда) и «Поражения то-
ком в быту и первая помощь пострадавшему» (другая команда).
Задание второе: надо продемонстрировать, как практически
нужно оказывать первую доврачебную помощь пострадавшему от
поражения электрическим током, где один учащийся изображает
человека, пострадавшего от поражения электрическим током, два
других делают ему искусственное дыхание и массаж сердца.
Конкурс проходит на фоне плаката-таблицы «Некоторые эф-
фекты действия тока в организме человека». Каждое выступление
оценивается одним баллом.
114
8. Конкурс «Вижу Россию электрической»
Учащиеся заранее готовят электрифицированную карту Совет-
ского Союза, которую помощники крепят на стенд, расположен-
ный на сцене. Учитель с помощью переключателя зажигает одну
за другой трехцветные лампочки, которыми отмечены электро-
станции. Поочередно представители команд называют их. Каж-
дый верный ответ оценивается одним баллом. Если дан неверный
ответ, учитель предлагает другой команде назвать эту электро-
станцию, затем обращается за помощью к зрителям.
9. Конкурс «Азбука электротехники»
Все зрители делятся на болельщиков соответствующих команд.
Учитель показывает плакаты с условными графическими обозна-
чениями в электрических схемах и поочередно предлагает болель-
щикам их назвать. Оценивается быстрота и согласованность про-
звучавшего ответа.
10. Конкурс капитанов «Жизнь среди молний»
Конкурс посвящается одному из наиболее величественных и
красивейших явлений природы — молнии.
Задание первое. Назвать авторов, которые посвятили
грозе свои поэтические строки.
1. «До ближайшей деревни оставалось еще верст десять, а
большая темно-лиловая туча, взявшаяся бог знает откуда, без ма-
лейшего ветра, но быстро подвигалась к нам. Солнце, еще не
скрытое облаками, ярко освещает ее мрачную фигуру и серые
полосы, которые от нее идут до самого горизонта. Изредка вда-
леке вспыхивает молния и слышится слабый гул, постепенно уси-
ливающийся, приближающийся и переходящий в непрерывные
раскаты, обнимающие весь небосклон... Вся окрестность прини-
мает мрачный характер».
2. «Ветер воет... Гром грохочет...
Синим пламенем пылают стаи туч над бездной моря.
Море ловит стрелы молний и в своей пучине гасит.
Точно огненные змеи вьются в море, исчезая, отраженья этих
молний».
3. «Когда же горами пойдут по небу синие тучи, черный лес
шатается до корня, дубы трещат и молния, изламываясь между
туч, разом осветит целый мир...»
4. «Стало быстро и как-то неверно, тревожно темнеть от на-
двигающихся с востока туч, стало тяжко греметь, сотрясая все
небо, и все шире пугать, озарять красными сполохами... Через
полчаса наступила кромешная тьма, в которой со всех сторон
рвало то горячим, то очень свежим ветром, слепило во все сторо-
ны метавшимися по черным полям розовыми и белыми молниями
и поминутно оглушало чудовищными раскатами и ударами с не-
вероятным грохотом и сухим, шипящим треском...»
8*
U5
5. «Вдруг над самой годовой его со страшным, оглушитель-
ным треском разломалось небо... и внизу, на земле, вспыхнул и
раз пять мигнул ослепительно едкий свет. Раздался новый удар,
такой же сильный и ужасный. Небо уже не гремело, не грохота-
ло, а издавало сухие, трескучие, похожие на треск сухого дерева,
звуки...»
6. «Вот пробилась из-за тучи синей молнии струя,
Пламень белый и летучий окаймил ее края.
Чаще капли дождевые, вихрем пыль летит с полей,
И раскаты громовые все сердитей и смелей».
Задание второе. Объяснить природу грозовых разрядов
и оценить мощность молнии.
Задание третье. Это задание связано с тем, что, оказы-
вается, гроза не только красивое явление природы, но и опасное.
Она приносит немало бедствий.
Ведущий. Представьте, что гроза застала вас на открытой
местности, где растет одинокое дерево. Вы ведете на металличе-
ской цепочке собачку, в другой руке держите зонт. Как в таком
случае наиболее правильно уберечь себя и собачку от грозы?
Чтобы мизансцена была ярче, капитаны получают раскрытые
зонты с металлическим острием и игрушечных собачек на метал-
лических цепочках, которые сделаны из канцелярских скрепок.
На сцене устанавливают макет большого дерева.
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы на вопросы, задаваемые первой командой
при разминке
1. Первая цепь собрана правильно.
Во второй цепи неверно соединены выключатель и штепсель-
ная розетка для лампы. Штепсельную розетку надо включать так,
чтобы она не зависела от выключателя. Выключатель, размыкая
цепь лампы, не должен прекращать подачу тока в розетку.
2. Расход энергии, необходимый для работы четырех ламп,
больше, чем для пяти ламп, включенных последовательно.
Запишем для этих цепей закон Джоуля — Ленца. Напряжение,
подаваемое в цепь, постоянно. Поэтому Q2=y^-^
Так как при последовательном соединении четырех ламп об-
щее сопротивление меньше, то расход энергии больше.
3. Как это ни парадоксально, но не холодильник, не телеви-
зор, не плитка и не утюг, а воздушный промежуток выключателя.
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой
при разминке
1. Схема включения показана на рисунке 55. У каждого пе-
реключателя два положения: 1—1 и 2—2, 3—3 и 4—4. Если у ле-
вого 1—1, то у правого 4—4, чтобы лампа горела, и наоборот.
116
2. В общих случаях лампы будут гореть одинаково, что вид-
но из следующих расчетов: Q— (U2/R)t. При соединении четырех
ламп по две последовательно в две параллельные ветви общее
сопротивление
равно:
2R-2R
2R-\-2R
= /?.Если соединить четыре лампы
сначала по две в последовательное соединение, а затем их объ-
единить параллельно, то общее сопротивление не изменится.
3. Выражения Р = /2/? и Р=— идентичны, так как величины
7, U, R связаны законом Ома. Прямая и обратная пропорцио-
нальности между величинами Р и R зависят исключительно от
характера соединения сопротивлений. При последовательном со-
единении сопротивлений проходящий по ним ток будет одинаков
и затрачиваемая мощность будет зависеть только от напряжения.
Последнее же ио закону Ома прямо пропорционально R. И по-
тому P—IU—PR.
При параллельном соединении сопротивлений напряжение на
концах каждого сопротивления будет одно и то же и затрачивае-
мая мощность будет зависеть только от величины тока, но по-
следняя по закону Ома обратно пропорциональна R. И потому
Р =
R '
Ответ к конкурсу «Черный ящик»
Наиболее быстро можно установить, под каким ящиком спря-
тан источник электрического тока, если исследовать распределе-
ние потенциала на участках последовательной цепи.
Ответы к конкурсу «Определение полярности
источника постоянного тока»
Рассмотрим электролиз раствора хлорида калия. Электроли-
тическую диссоциацию выразим уравнением
КС1 к+ + С1-.
Под действием электрического поля устанавливается направлен-
ное движение ионов: к катоду движутся ионы калия, к аноду —
ионы хлора.
Калий находится в самом начале ряда активности металлов.
При электролизе водного раствора его соли восстановление ка-
тионов калия невозможно. А восстанавливаются молекулы воды.
На катоде происходит реакция
2Н2О + 2е~ = Н2 -Е2ОН-.
По мере выделения водорода у катода будет возрастать концент-
рация гидроксид-ионов ОН-.
Действительно, если в околокатодное пространство внести фе-
нолфталеин, раствор приобретает малиновую окраску. Так мож-
117
но установить отрицательно заряженный электрод — катод. На
аноде происходит окисление хлорид-ионов:
2С1- -2<?- = С12.
Суммарный процесс при электролизе раствора хлорида калия вы-
ражается уравнением
2КС1 + 2Н2О эл_ек-троД.3 Н2 + 2КОН + С12.
По появлению малиновой окраски можно определить катод, а
при электролизе — например хлорид натрия NaCl (поваренная
соль).
Полярность полюсов источника постоянного тока можно уста-
новить по движению окрашенных гидратированных ионов: отри-
цательно заряженный хромат-ион СгО42- желтого цвета, носите-
лями голубой окраски являются ионы меди Си2+, ионы МпО4~
имеют малиновую окраску.
Если на фильтровальную бумагу, смоченную раствором гидро-
ксида натрия NaOH, положить кристаллики перманганата калия
(марганцовки) КМпО4, то малиновые язычки потянутся к аноду;
от кристалликов хлорида меди (II) потянутся голубые язычки к
катоду.
Если провести электролиз воды, то в трубке, в которую впаян
катод, будет собираться водород, а в трубке с анодом — кисло-
род. Объем собравшегося водорода будет в два раза больше
объема кислорода. Кроме того, кислород можно обнаружить по
вспыхивающей лучине.
При электролизе раствора медного купороса на катоде выде-
ляется медь: CuSO4 Cu2+4-SO42-; Cu2++2e-=Cu0.
Угольный электрод после пропускания постоянного электриче-
ского тока через раствор CuSO4 покрывается красным налетом
меди.
Ответы к конкурсу капитанов «Жизнь среди молний»
1. Толстой А. Н. Детство, отрочество, юность.
2. Горький А., М. Песня о Буревестнике.
3. Гоголь Н. В. Страшная месть.
4. Бунин И. А, Жизнь Арсеньева.
5. Чехов А. П. Степь.
6. Тютчев Ф. И. Гроза дорогой.
7. Чтобы оценить величину электрических зарядов при грозе,
надо представить процесс электризации в масштабах планеты.
При нормальных условиях у поверхности Земли всегда суще-
ствует стационарное электрическое поле, напряженность которого
равна 130 В/м, ибо постоянно движущиеся потоки воздуха трут-
ся о Землю, о различные препятствия, друг о друга. Во время
грозы или пылевой бури напряженность этого поля может возра-
сти до 1000 В/м, ибо только одно грозовое облако, объем которого
достигает несколько тысяч кубических метров, несет в себе мил-
118
лионы тонн капелек воды с потенциальной энергией, равной
энергии мегатонной термоядерной бомбы.
8. Если вас застигнет гроза под открытым небом, не следует
укрываться под деревом. Не следует ложиться на землю: при
близком разряде молнии между головой и ногами может возник-
нуть смертельная разность потенциалов. Поскольку стоять тоже
опасно, следует для большей безопасности присесть на корточки:
так голова будет достаточно низко приближена к земле, но пло-
щадь контакта с землей минимальна.
Собачку лучше взять на колени, если позволяют ее размеры,
или разорвать с ней контактную связь: отпустить цепь.
Попадая в землю, ток разряда молнии разветвляется и отча-
сти расходится по поверхности земли. Значительный ток может
ответвиться через электрическую цепь собака-—земля. Это зна-
чит: ток может войти в ее передние ноги и выйти через задние.
Собака пострадает от молнии, но цепочка, за которую вы удер-
живаете собаку, может только увеличить длину этой цепи и, сле-
довательно, разность потенциалов.
Если одежда и тело намокнут от дождя, то основная часть
разрядного тока может пройти по слою воды на поверхности ко-
жи, не проникая внутрь тела. Значит, защита от влаги под рас-
крытым зонтиком может усилить опасность пострадать от мол-
нии; следовательно, зонтик надо свернуть и отложить в сторону.
Итак, если вас застигнет гроза во время прогулки с зонтиком
и собачкой на металлической цепочке, присядьте, зонт отложите
в сторону, а собачку возьмите на руки.
VI. ТУДА, ГДЕ НЕ СЛЫШНО ГОЛОСА
В основу сценария вечера положена занимательная книга
чешского писателя Людвика Соучека «Туда, где не слышно го-
лоса», название которой стало и названием данного вечера, по-
священного развитию средств связи: телеграфу, телефону, радио,
а также их изобретателям. Другими словами можно сказать, что
вечер посвящается телеграфистам, телефонистам, инженерам и
ученым — всем, кто помог людям проще и легче договориться и
понять друг друга.
Члены команд в процессе подготовки, а также зрители во вре-
мя проведения вечера знакомятся с историей развития средств
связи, поэтому конкурсы наиболее целесообразно расположить в
соответствии с исторической последовательностью развития этих
средств связи.
Первое слово — телеграфу. Туда, куда не доходит человече-
ский голос, доходят известия, передаваемые азбукой Морзе или
по телетайпу. Вступает в действие телеграф.
Здесь уместно вспомнить Эрстеда и его знаменитые опыты с
магнитной стрелкой.
Мало кто думал и, вероятно, менее всего сам Эрстед, что но-
вый шаг в развитии телеграфии будет связан с магнитной
119
стрелкой. Единственным человеком, сразу понявшим значение от-
крытия Эрстеда, был Павел Львович Шиллинг, создавший первый
в мире магнитный телеграф.
Телеграфный аппарат Шиллинга состоял из шести магнитных
стрелок, которые при замыкании электрического тока поворачи-
вались.
Второе слово — телефону. Как бы точно ни передавались из-
вестия по телеграфу, в них отсутствуют чувства личного челове-
ческого общения — радости и печали, смеха и плача. Люди
издавна стремились как можно дальше передать человеческий
голос.
Сама идея передачи голоса на расстояние заслуживает при-
стального внимания. Именно она легла в основу одного из самых
значительных изобретений современности, в корне изменившего
нашу жизнь даже там, где мы этого не осознаем. Речь идет о
телефоне.
Первый телефон (телефон Белла) не имел никаких источников
электрического питания. Его действие полностью основано на
электромагнитной индукции.
Третье слово — радио. Там, где нет проводов и кабелей, лю-
дям всего мира помогает устанавливать связь чудо конца XIX в.—
радио. Создание радио — это результат упорного труда ученых,
исследователей, изобретателей.
Изобретение радио началось с теоретического открытия Макс-
веллом электромагнитных волн и получения их в 1887 г. Герцем,
который провел множество опытов, не предполагая, какое прак-
тическое значение эти волны будут иметь в будущем.
Конкурсные задания дают возможность учащимся проследить
за эволюцией средств связи — от проводной связи к радиосвязи,
в том числе космической, поговорить о современных средствах
связи.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Современные средства связи».
2. Конкурс «Из истории телеграфа».
3. Конкурс телефонисток.
4. Конкурс «Шестеро славных».
5. Проверка домашнего задания одной из команд — «Испы-
тание нового телефона».
Второе отделение
6. Проверка домашнего задания другой команды — «Связь с
внеземными цивилизациями: гипотезы и сомнения».
7. Конкурс радиолюбителей.
8. Конкурс «Остановите музыку!».
9. Конкурс «Учим азбуку Морзе».
10. Конкурс капитанов «О творчестве».
Рассмотрим некоторые аспекты подготовки этого вечера.
120
Итак, заранее учащиеся готовят доклады для конкурса теле-
фонисток и демонстрации для конкурсов «Из истории телеграфа»
и «Шестеро славных». Наиболее ответственными конкурсами,
требующими большой подготовительной работы, являются кон-
курсы, в которых рассказывается о редких профессиях и которые
помогают устанавливать связь между людьми.
Описание подготовки вечера начнем с моделирования истори-
ческих опытов и изобретений, имеющих особое познавательное и
воспитательное значение в учебном процессе.
К соревнованию учащиеся собирают первый телефон Белла,
первый когерер Бранли, первую антенну и первый «грозоотмет-
чик» Попова.
Приемник и передатчик Белла были устроены совершенно оди-
наково, т. е. в деревянную рукоятку вставлялся стальной стер-
жень— сердечник магнита, на верхний конец которого была на-
сажена катушка из изолированной проволоки. Над полюсом маг-
нита помещалась тоненькая упругая пластинка из мягкого
железа. Обмотка электромагнита-передатчика была соединена с
электромагнитом приемного аппарата. Принципиальная схема
первого телефона Белла представлена на рисунке 59. (Одна
команда собирает приемник, другая — передатчик.)
Бранли не занимался электромагнитными волнами; он изучал
сопротивление металлических опилок, для чего насыпал их в
стеклянную трубку с металлическими пробками и проводил опы-
ты. При этом он обнаружил, что сопротивление металлических
опилок зависит от электрических разрядов, производимых на не-
котором расстоянии от них. Влияние электромагнитных волн сво-
дилось к тому, что опилки слипались и начинали проводить элек-
трический ток, т. е. их сопротивление уменьшалось. Учащимся
рекомендуется изготовить трубку Бранли.
Также заранее учащиеся должны собрать «грозоотметчик» По-
пова, дававший знать о приеме электрических разрядов коротким
звонком. Чувствительность прибора увеличивалась подключением
к нему антенны. «Грозоотметчик» Попова, так же как и телефон
Белла, учащиеся собирают, используя типовое оборудование фи-
зического кабинета.
При подготовке к вечеру обе команды пишут рефераты «Как
надо говорить по телефону», в которых дают полезные рекомен-
дации к организации телефонной беседы, и выступают с ними в
конкурсе телефонисток. Рассмотрим подробно программу вечера.
1. Разминка «Современные средства связи»
Ведущий предлагает присутствующим во время разминки «по-
сетить» агентство печати.
Ведущий. Мы входим в здание, где помещается агентство
печати, откуда газеты, журналы, радио, телевидение, различные
институты и организации ждут сообщений. Сообщения должны
быть переданы как можно скорее. Первый вопрос, который коман-
121
ды приготовили друг другу, связан с аппаратами, принимающими
днем и ночью сообщения из всех стран мира.
Второй вопрос связан с изобретениями, способствующими
улучшению всевозможных видов связи.
Вместе с новыми изобретениями рождаются новые термины,
смысл которых надо понимать и уметь правильно объяснять. Та-
ким должен быть третий вопрос разминки.
Приведем вопросы, которые можно предложить на этом ве-
чере.
Вопросы первой команды
1. Свежие новости в наш дом ежедневно приносит газета. В ней встреча-
ются маленькие корреспонденции под рубрикой «Строки с телетайпной лен-
ты». Вопрос: «Что такое телетайп?»
2. Как стекловолокно улучшит телефонную связь будущего?
3. Что такое коаксиальный кабель?
Вопросы второй команды
1. Какую роль конвертеры выполняют в агентстве печати?
2. Каково назначение спутника связи «Молния»?
3. Что такое радар?
2. Конкурс «Из истории телеграфа»
Ведущий. История телеграфа, как и многие другие откры-
тия, имеет знаменательные даты, великие имена, интересные со-
бытия и факты. Вспомним о двух событиях из истории развития
электрического телеграфа, для чего пригласим на сцену по два
ученика от каждой команды. Им будут предложены четыре фак-
та, связанные между собой (дата, название географического ме-
ста, рисунок и строки литературного произведения). Пользуясь
этими сведениями, команды должны сказать, о каком изобрете-
нии идет речь, кто является его создателем или кто принимал
участие в его совершенствовании, каково значение этих работ для
человечества.
На экран проецируется задание первой команде, зашифрован-
ное следующим образом:
I. 1832-й год.
2. Петербург, Зимний дворец и Министерство путей сооб-
щения.
3. Демонстрируют рисунок 60.
4. Строки из стихотворения А. С. Пушкина, ставшие эпигра-
фом в популярной телепередаче «Очевидное — невероятное»:
«О, сколько нам открытий чудных
Готовит просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг!»
122
Задание второй команде
1. Первая неудачная попытка предпринята в августе 1857 г.,
вторая — в июле 1858 г., окончательная успешная экспедиция — в
июле 1866 г.
2. Европа и Америка, маленький ирландский порт Валенсия и
остров Ньюфаундлен.
3. Демонстрируют рисунок 61.
4. Учитель читает отрывок из произведения Стефана Цвейга
«Первое слово из-за океана (Сайрус Филд, 28 июля 1858 г.)»:
«Небывалая победа: впервые с момента возникновения мыш-
ления на земле мысль со скоростью мысли пронеслась через
океан, И уже гремит артиллерийский салют из ста орудий, воз-
вещая, что президент Соединенных Штатов ответил на послание
королевы.
Вечером Нью-Йорк и все другие города сверкают десятками
тысяч огней и факелов. Все окна освещены, и даже пожар, на-
чавшийся на крыше ратуши, не может помешать ликованию. Сле-
дующий день приносит новую радостную весть: в Нью-Йорк при-
была «Ниагара», на борту которой находится сам виновник тор-
жества, Сайрус Филд.
Тысячи и миллионы голосов слились в этот день в громкий,
ликующий хор. Лишь один-единственный и важнейший голос не
присоединился к нему — голос электрического телеграфа. В по-
следние дни по телеграфу поступали все более сбивчивые, все ме-
нее четкие сигналы, пока, наконец, последний невнятный сигнал
не долетел, как предсмертный вздох, и провод не замолк окон-
чательно.
123
Распространяется самая злонамеренная клевета: уже безапел-
ляционно утверждают, что все телеграммы оказались мошенниче-
ством и мистификацией, что послание английской королевы было
принято заранее, а вовсе не передано по телеграфу. Жертвой все-
общего гнева избран Сайрус Филд: тот, кто вчера был националь-
ным героем, братом Франклина и преемником Колумба, должен
сегодня прятаться, как преступник, от своих прежних друзей и
почитателей».
Пока исполнители готовятся к ответам, проводится следую-
щий конкурс.
3. Конкурс телефонисток
На сцену приглашаются три участника от каждой команды.
Они должны выполнить три задания, одно из которых связано с
историей развития телефона. Например, на вопрос, с какого года
электрический телефон ведет свою родословную и кто его изобре-
татель, ответ надо набрать из букв и цифр, имеющих магнитные
держатели. Эти буквы крепятся к металлическим доскам из на-
бора по статике. Каждая команда работает на своей доске. Мож-
но использовать детский магнитный алфавит. Затем следует де-
монстрация модели первого телефона Белла, который у каждой
команды должен быть подготовлен заранее. Исполнители объяс-
няют и показывают действие этой модели; рассказывают о том,
как с помощью такого аппарата можно было передавать на рас-
стояния только звуки, а связную человеческую речь передавать
не могли. И наконец, о современных проблемах телефонной свя-
зи говорит сам учитель.
Учитель. В настоящее время на земном шаре действует
свыше 310 миллионов телефонных аппаратов. За этим стоит рез-
кое увеличение числа каналов на малых и дальних линиях связи
и их большая перегруженность. Статистические исследования со-
держания бесед по телефону показали, что, хотя время телефон-
ных разговоров увеличилось более чем втрое, объем передавае-
мой полезной информации остался прежним. Повторения, ненуж-
ные фразы занимают 30—40% телефонного разговорного времени.
Телефонная беседа содержит много лишних слов. Как утверж-
дают психологи, долгие телефонные разговоры формируют рече-
вую нечеткость и неделовитость фраз. Любопытно, что во время
такой беседы линия занята передачей информации только 2/3 все-
го времени, а 1/3 уходит на паузы между словами и фразами.
Примерно 60% телефонных переговоров приходится на первую
половину дня с 9 ч до 12 ч, следующий «пик» — с 16 ч до 18 ч.
Самые перегруженные телефонными звонками дни — среда и
пятница.
Далее команды знакомят присутствующих со своими рефера-
тами «Как надо говорить по телефону» и дают возможность убе-
диться в реальности своих советов. Соперники в течение двух-
трех минут обмениваются по телефону содержательной информа-
цией. Оба телефона установлены в зрительном зале.
124
4. Конкурс «Шестеро славных»
Учитель. XIX в. был веком чудесных открытий: первые па-
ровозы, первые фотоаппараты, первые летательные аппараты,
которые были тяжелее воздуха. На переломе веков люди стали
свидетелями еще одного чуда. Свершилось оно не само собой, а
явилось результатом упорного труда ученых, изобретателей, ис-
следователей, представителей разных национальностей. Речь идет
об открытии беспроволочного телеграфа и радио.
Вот шестеро самых славных имен, имеющих прямое отноше-
ние к изобретению радио. (Обращает внимание зрителей на пла-
кат, на котором записаны имена ученых.)
1. Александр Степанович Попов, русский.
2. Никола Тесла, серб.
3. Эдуард Бранли, француз.
4. Гульельмо Маркони, итальянец.
5. Генрих Герц, немец.
6. Эдвин Армстронг, американец.
На другом плакате приведены тексты к изобретениям этих
ученых. Их расположение не соответствует списку изобретателей.
1. Когерер.
2. Первый радиотелеграфный аппарат.
3. Первый радиоприемник без кристаллического детектора и с
особым приспособлением по устранению помех и улучшению каче-
ства звука.
4. Первый излучатель радиоволн.
5. «Грозоотметчик» с антенной.
6. Первая радиостанция, которая передавала сигналы па рас-
стояние 35 км.
Отвечающие (по два человека от каждой команды) должны,
глядя на плакаты, в течение двух минут сказать, какой ученый
что изобрел.
5. Конкурс «Испытание нового телефона»
Ведущий. Всякий изобретатель проводит многократные
испытания своего «детища» и пытается убедиться в работоспо-
собности созданного им устройства. По мотивам рассказа Носова
«Телефон» одна команда подготовила юмористическое выступле-
ние, которое покажет, а затем участники второй команды отве-
тят на вполне серьезные вопросы.
1. О чем был первый разговор по телефону 10 марта 1876 г., который со-
стоялся между изобретателем телефона Беллом и его помощником?
2. Какую первую телеграмму передал Шиллинг с помощью своего «стре-
лочного» телеграфа в 1832 г.?
3. В здании Нью-Йоркского университета 4 сентября 1837 г. состоялось
публичное испытание аппарата — электрического телеграфа Морзе. Каков
текст первой телеграммы Морзе?
4. Что передал А. С. Попов 7 мая 1895 г. в день рождения радио?
125
Приведем текст в сокращении из рассказа Носова «Телефон»,
на который могут ориентироваться участники конкурса при со-
ставлении своих сценариев:
«Мы с Мишкой купили игрушечный телефон. Проволоку про-
тянули через форточку и решили разговаривать.
— Алло! Алло!
— Алло!
— Слышно что-нибудь?
— Слышно. А тебе слышно?
— Слышно. Вот здорово! Тебе хорошо слышно?
— Хорошо. А тебе?
— И мне хорошо! Ха-ха-ха! Слышно, как я смеюсь?
— Слышно. Ха-ха-ха! А тебе слышно?
— Слышно. Послушай, сейчас я к тебе приду.
Покупке своей мы очень обрадовались и решили еще раз по-
говорить по телефону.
— Алло!
— Алло!
— Слышно?
— Слышно.
— Хорошо?
— Хорошо!
— И у меня хорошо. Давай разговаривать.
— Давай. А о чем разговаривать?
— Ну, о чем... О чем-нибудь... Хорошо, что мы купили теле-
фон, правда?
— Правда.
— Вот если бы не купили, было бы плохо. Правда?
— Правда.
— Ну?
— Что «ну»?
— Чего же ты не разговариваешь?
— А ты почему не разговариваешь?
— Да я не знаю, о чем разговаривать. Это всегда так бывает:
когда надо разговаривать, так не знаешь, о чем разговаривать, а
когда не надо разговаривать, так разговариваешь и разговари-
ваешь...» И т. д.
6. Конкурс «Связь с внеземными цивилизациями:
гипотезы и сомнения»
Это домашнее задание подготовила другая команда. О своей
редкой профессии рассказывает радиоастроном.
Радиоастроном. Расскажу сначала немного о себе.
Ежедневно я усаживаюсь у своего приемника и слушаю голос
Вселенной. Такая у меня работа. В принципе она ничем не отли-
чается от прослушивания радиовещательных станций Земли. Лю-
бой радиолюбитель и радист, имеющий приемник и антенну, слу-
шает далекие голоса оттуда, откуда не услышишь человеческого
голоса.
126
Это в принципе, а в действительности... Я имею в виду чисто
психологические эмоции, те напряжения души, что испытывает
всякий радиоастроном во время своего очередного дежурства у
рабочего пульта радиотелескопа.
Итак, я получаю рабочее задание: измерить поток излучения
от какого-либо космического источника достаточно большого раз-
мера. Направляю антенну радиотелескопа на точку неба, лежащую
немного впереди этого источника, по суточному вращению небес-
ного свода и включаю приемник. И пока он только шумит, пока
антенна входит в область изучения исследуемого объекта, пока
самописец записывает на бумажной ленте принимаемые сигналы,
тебя одолевают мысли о том... Но об этом потом... Сначала о та-
ких же специалистах, как я.
С чего началась наша профессия?
Это был конец 1932 г. По распоряжению дирекции извест-
ной фирмы «Белл» в США только что окончивший университет
неизвестный инженер Карл Янский исследует грозовые помехи,
которые мешают трансатлантической радиотелефонной связи.
И к концу года своей работы с уверенностью определяет место
на небе, откуда исходят внеземные помехи: часть Млечного Пути,
в которой расположен центр нашей Галактики, другой источник
помех — в противоположном направлении. Ему было 27 лет, и он
открыл новую область науки. Пойманный им космический «го-
лос» транслировался радиовещательными станциями. Карл Ян-
ский — первый представитель новой профессии, радиоастроном.
Мало кто из людей может назвать первого человека своей спе-
циальности!
Но не это обстоятельство вносит в мою жизнь нервное напря-
жение ожидания. Моя работа, как многие другие: включаешь,
пишешь, обрабатываешь результаты записи космического шума.
Шум как шум, запись как запись... Если бы не... романтика новых
идей.
Начиналось все и вправду более чем романтично. 1960-й год.
Мощный радиопередатчик послал сигналы по адресу: космос,
звезда Тау Кита. Героя этого дня звали более чем эффектно:
Френсис Дрейк. Этот человек, житель Земли, впервые попробовал
установить связь со звездами. До этого он их только слушал, а
теперь решился «поговорить». Вряд ли он имел какое-нибудь от-
ношение к знаменитому флотоводцу и пирату, герою войн между
Англией и Испанией, человеку, вторым после Магеллана проплыв-
шему вокруг Земли. Но астроном был пирату двойным тезкой, и
в атаке его на космос было что-то флибустьерское.
Трудности поиска внеземных цивилизаций известны. В нашей
Галактике около 1011 звезд, в наблюдаемой части Метагалакти-
ки— порядка Ю10 галактик. У очень многих из этих 1021 звезд
есть планетная система. Где цивилизация, которая «отзовется»?
Где их искать, на каком участке неба, на какой длине волны?
Небо слишком велико, диапазон возможных радиоволн огромен,
а радиотелескопов пока слишком мало. Куда наводить их направ-
127
ленные антенны? Нынешние радиотелескопы имеют все техниче-
ские возможности, чтобы отыскать внеземные цивилизации, но мы
не знаем, где их следует искать.
Адреса поисков пытаются уточнить ученые, но возникает но-
вый парадокс: мы не слышим Вселенную; с нашей точки зрения
она молчит. А может быть, она вовсе не молчит, а мы ее не умеем
слушать? На Землю поступают радиосигналы от внеземной циви-
лизации. Мы только не можем выделить их среди естественных
радиоволн. Да и какие сигналы мы ищем: строго периодичные и
в высокой степени упорядоченные! Кто знает, ее ли это сигналы?
С чего это мы взяли, что радиоволны — идеальный межзвездный
вид связи? Мы ими пользуемся всего три четверти века, а это не
слишком много в общем времени развития цивилизации. В XIX в.
мы ждали «от братьев по разуму» световых сигналов, теперь
ищем в виде радиоволн и имеем нового претендента — гравита-
ционные волны. Возможно, что цивилизация имеет свой голос, ко-
торый мы не умеем слушать.
Все это вносит в мою жизнь волнение неожиданного откры-
тия. Не упустить бы возможность: и первому поговорить с разум-
ным космосом.
Но меня, простого радиоастронома, как и ученых, изучающих
этот вопрос, одолевают страхи и надежды.
Мы считаем нашу Землю средней и заурядной. Но может, она
первая и единственная цивилизация в нашей части космоса? Член
корреспондент АН СССР И. С. Шкловский, автор не только бес-
спорных астрономических открытий, но и головокружительных
гипотез о далеких мирах, отказался от своих предположений и
считает Землю единственной цивилизацией.
Не ошибиться бы в своем «открытии» цивилизации. Мы все
помним 1967 г., когда английские астрономы, открывшие пульса-
ры, приняли их излучение сначала за искусственные сигналы. Оно
удовлетворяло критериям искусственности, было строго периодич-
ным и упорядоченным. Но потом оказалось, что пульсаров не-
вероятно много и особенность их излучений вполне соответствует
естественным физическим процессам.
И наконец, моральные страхи. История физики имеет немало
примеров тому, как ученые раскаивались в своем открытии.
Опасность встречи с другой цивилизацией не столько в пря-
мой схватке, войне и рабстве, сколько в социальных последствиях
контакта: навязывании идей, приходе преждевременных знаний,
которые можно перевести в оружие и развязать войну на Земле.
Каждый должен прожить жизнь по своим законам и опасно поль-
зоваться советами любого из обществ, отличных от имевшихся на
Земле.
И все-таки каждый день, усаживаясь у радиотелескопа, я на-
деюсь, а вдруг. А вы верите ли в существование внеземных ци-
вилизаций, в возможность установления с ними двустороннего
контакта?
Зрители и члены другой команды отвечают на этот вопрос.
128
7. Конкурс радиолюбителей
Для участия в конкурсе приглашают пять радиолюбителей от
каждой команды, которые совместными усилиями должны нари-
совать схемы двух простейших радиоприемников с усилителями
низкой частоты.
Известно, что всякий радиоприемник обеспечивает выполнение
пяти функций радиоприема: прием радиоволн, настройка, детек-
тирование, усиление и воспроизведение. В работе радиолюбите-
лей предлагают следующее разделение труда: каждый чертит
элементы схемы, обеспечивающие выполнение только одной из
пяти функций.
8. Конкурс «Остановите музыку!»
Этот конкурс имеет предварительную домашнюю подготовку.
Ученики готовятся к выступлению.
Ведущий. Известно, что в кино и на телевидении для упро-
щения и удешевления съемок вся музыка воспроизводится с пла-
стинки или магнитной ленты из будки звукорежиссера; певцы
лишь синхронизируют движения губ со словами записанного го-
лоса, а оркестр имитирует игру на инструментах. Это называется
«выступать под фонограмму». Некоторые популярные группы да-
же сделали это нормой своих публичных выступлений. В таких
случаях все микрофоны на сцене и в руках артистов используют-
ся только для декорации.
Команды по нашему заданию подготовили шуточные выступ-
ления под фонограмму. Жюри оценит синхронность, слаженность,
точность и юмор участников.
Затем выступают учащиеся. По желанию учащихся в этот кон-
курс можно включить небольшие сообщения о современных му-
зыкальных инструментах, о светомузыке.
9. Конкурс «Учим азбуку Морзе»
Учитель. Самуэл Морзе оставил нам из сочетаний точек и
тире необычную азбуку — так называемую азбуку Морзе. И вот
уже почти 150 лет люди пользуются этой азбукой без существен-
ных изменений.
Азбукой Морзе можно передавать сообщения, используя теле-
графный ключ, сигнальные флажки, мигающий свет, даже высту-
кивание: например, два удара рядом — тире, один удар — точка,
буква отделяется .от соседней небольшой паузой. Азбука Морзе
(рис. 62) проецируется на экран.
Учитель предлагает болельщикам обеих команд с помощью
хлопков в ладоши, используя азбуку Морзе, обменяться сообще-
ниями. Сначала болельщики между собой договариваются о том,
какой текст они будут передавать, а затем после небольшой тре-
нировки его передают. Соперники и жюри расшифровывают фра-
зы. Каждое принятое сообщение оценивается одним баллом.
9 Заказ № 1106
129
a • — и • • с • • • щ — —• • —
б • • • н "• • Т — Ы — • —
3 — —... р , — . ш -------------- — ---- — э • • ----- ••
10. Конкурс капитанов «О творчестве»
I. Учитель. Творчество начинается с поиска проблем. Спо-
собность увидеть то, что не укладывается в рамки ранее усвоен-
ного, не проходить мимо случайных явлений, не относиться к ним
с досадой, не считать их помехами, а попытаться их разрешить,
видеть в них ключ к разгадке тайн природы — это и есть нужная
для творчества зоркость в поисках проблем. История развития
физических знаний об окружающем мире имеет немало примеров
такой зоркости мышления и немало примеров, когда человек не
увидел проблему там, где затем она открылась для других.
Затем капитанам вручают по одному описанию печального
случая не состоявшегося открытия по вине исследователя и пред-
лагают ответить на вопросы. Первый капитан получает такой
текст:
«Весь мир хорошо знает американского изобретателя Эдисо-
на. В своей лаборатории 22 ноября 1875 г. он наблюдал странное
явление. Когда между полюсами индуктора проскакивала силь-
ная искра, между крупинками угля, рассыпанными тонким слоем
на столе, тоже появлялись слабые искры. Эдисон заметил это,
даже отметил в своем рабочем дневнике, но не придал этому зна-
чения. Угольный порошок смели со стола. Эдисон забыл о своей
записи в тетради. К какому изобретению мог подойти Эдисон,
если придал бы значение проскакиванию искр между крупинками
угля, когда между полюсами индуктора тоже проскакивала силь-
ная искра?»
Текст, который получает второй капитан:
«Послушайте действительную историю о событиях, случивших-
ся 18 июля 1815 г.
На болотистой равнине неподалеку от Ватерлоо встретились
две армии — Наполеона и Веллингтона. Силы обеих армий были
примерно равны. Солдаты были измучены походом и недавними
130
сражениями. И вот император Наполеон приказал перейти в на-
ступление. Французские кирасиры вступили в бой с шотландской
кавалерией. Артиллеристы засыпали сомкнутые колонны неприя-
тельских войск градом картечи.
Над полем гремели выстрелы. И хотя французские дивизии
редели и солдаты истекали кровью, Наполеон был совершенно
спокоен. Ведь неподалеку стояла тридцатитысячная армия мар-
шала Груши. Конечно же, он слышит орудийные залпы и, навер-
ное, уже спешит на помощь. Сейчас его дивизии сметут остатки
английской армии. Но император не дождался своего маршала.
Вместо Груши на поле боя появился неприятель — генерал
Блюхер с остатками своей армии. Еще вчера Блюхер был разбит
Наполеоном, а теперь он помог англичанам в решающую минуту.
Наполеон потерпел полное поражение, вынужден был подпи-
сать отречение от престола и отправиться в изгнание. Исход бит-
вы при Ватерлоо решил судьбу Европы. До конца своих дней
Наполеон и его сторонники обвиняли Груши в измене. А Груши до
конца своих дней доказывал свою невиновность. Маршал утверж-
дал, что ни он, ни его офицеры не слышали залпов. Все посмеи-
вались над ним. Блюхер, находившийся гораздо дальше, услышал
грохот боя, а Груши, видимо, оглох. Весь мир спрашивал Груши:
«Сколько вам заплатили англичане за вашу измену, маршал?»
Груши не мог доказать свою невиновность, потому что ни он, никто
другой тогда не знали тех законов физики, которые могли бы
внести ясность и дали бы полное объяснение такому явлению.
Объясните, в чем истинная причина «предательства» маршала
Груши».
II. После ответов на эти вопросы капитаны получают второе
задание. Каждый капитан по жребию выбирает вопрос.
1. Какое физическое явление сыграло самую важную роль в создании те-
лефона?
2. Какое величайшее физическое открытие XIX в. прочно связано с разви-
тием телеграфа и положено в устройство телеграфа П. Л. Шиллинга?
III. Учитель. Третье задание относится к самому распро-
страненному и надежному средству связи — почте. Предлагаем
капитанам обменяться письмами (кодограммами), в которых от-
дельные слова, фразы или части фраз заменены условными сим-
волами. Разгадать их и познакомить присутствующих с этими по-
сланиями — задача соперников.
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы на вопросы, задаваемые первой командой
при разминке
1. Телетайп — приемно-передающий телеграфный аппарат с
клавиатурой, как у пишущей машинки. При приёмке запись (пе-
чать) сообщений производится автоматически на рулонной бу-
маге.
9’
131
2. Созданы совершенно новые типы кабелей из стекловолокна
для лазерных лучей, с помощью которых можно будет передавать
одновременно до 100 млн. двусторонних телефонных разговоров.
3. Коаксиальный кабель — это усовершенствованная модель
кабеля, применяемая при телефонной связи. У коаксиального ка-
беля своеобразная конструкция: одним проводом служит обычная
проволока, как в любом другом кабеле, вторым является трубоч-
ка, куда вложен этот провод. Коаксиальные кабели позволяют
многократно увеличивать количество одновременных телефонных
разговоров по одной линии.
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой
при разминке
1. Большие шкафы, называемые конвертерами, связаны с про-
цессом передачи изображения на расстояние. В них помещаются
телефотографические приемники.
2. Первый спутник связи «Молния» в Советском Союзе был
запущен 23 апреля 1965 г., а затем на орбите побывало несколь-
ко десятков искусственных спутников типа «Молния-1» и «Мол-
ния-2». Эти спутники предназначены и для дальней радиотеле-
фонной связи, и для телеграфа, и для фототелеграфа, и для ре-
трансляции телевизионных программ по системе «Орбита».
3. Радар, или радиолокационная установка,— прибор для ра-
диопеленгации.
Ответы к конкурсу «Из истории телеграфа»
Первый таинственный документ можно расшифровать следую-
щим образом:
Павел Львович Шиллинг демонстрирует свой электрический
телеграфный аппарат (первый в мире). Петербург, Зимний дво-
рец и Министерство путей сообщения были связаны первой теле-
графной линией, построенной Шиллингом на его личные сред-
ства.
На рисунке 60 представлен вид одного из первых телеграф-
ных аппаратов. Пять магнитных стрелок расположены на щито-
вой доске. Клавиатура состояла из двенадцати клавиш, из кото-
рых две первые служили для оповещения о начале передачи.
При помощи двух стрелок можно «указать» нужную букву
алфавита на циферблате (в месте пересечения стрелок).
Подлинному ученому, изобретателю, русскому инженеру
П. Л. Шиллингу эти стихотворные строки посвятил А. С. Пушкин.
Расшифруем второй таинственный документ:
В августе 1857 г. предпринята первая неудачная попытка по
прокладке трансатлантического телеграфного кабеля, связываю-
щего Европу и Америку. История прокладки первых трансатлан-
тических кабелей навсегда связана с именем человека, чья энер-
гия, неистощимая выдумка, вера в успех и даже имя как бы
заимствованы из романов Жюля Верна. Это был Сайрус Филд.
132
Первый кабель лопнул под своей тяжестью. В июле 1858 г.
вторично начались работы, потому что человечеству нужна была
телеграфная связь между двумя континентами, но опять без уда-
чи, несмотря на облегченную конструкцию кабеля и новый спо-
соб прокладки. Отдельно прокладывали три части, которые затем
сращивали. Не выдержали теперь тросы лебедок, поднимающих
концы кабелей со дна океана.
В июне 1866 года была возобновлена прокладка кабеля. Он
связал маленький ирландский порт Валенсия с островом Нью-
фаундленд.
На рисунке 61, приведенном ранее, представлен поперечный
разрез кабеля 1864 г.
Стефан Цвейг посвятил одну из миниатюр цикла «Звездные
часы человечества» описанию торжества и поражения Сайруса
Филда в тот радостный и печальный день 28 июля 1858 г., отры-
вок из которой и был прочитан.
Ответы к конкурсу телефонисток
1. Для выполнения первой части конкурсного задания участ-
ники получают такой набор цифр и букв, чтобы составить фразу
«Белл — изобретатель первого телефона, 1875 г.». При этом бук-
вы, из которых составляется фамилия изобретателя, могут быть
выделены цветом, что упростит выполнение задания.
2. Работа первого телефона Белла. Звуковые ко-
лебания вызывали вибрацию металлической антенны. Эти вибра-
ции изменяли магнитное поле и создавали в электромагните не-
прерывно меняющийся электрический ток, который по проводам
поступал в приемное устройство и вызывал колебания мембраны.
Эти колебания и рождали звук. Аппарат не имел никаких источ-
ников питания, его действие полностью основано на явлении элек-
тромагнитной индукции.
3. Примерный реферат на тему «Как надо го-
ворить по телефону». Телефонный разговор должен со-
стоять из четырех обязательных элементов:
а) Взаимные представления (20±5 с). Человек, который вас
вызывает, должен знать, с кем конкретно говорит. Поэтому вме-
сто бессмысленного слова «алло» поднявший трубку называет
свою фамилию, имя и отчество и название учреждения.
б) Конкретно и целенаправленно ввести собеседника в курс
дел (40±5 с). При этом не говорить очень громко, но стараться
произносить слова прямо в микрофон телефонной трубки и не
очень быстро, отчетливо выговарить числа и фамилии. Помните,
что телефон усугубляет недостатки вашей речи.
в) Обсуждение темы беседы (10±5 с). Это главный этап лю-
бого телефонного разговора. Лаконизм достигается за счет тща-
тельно продуманного перечня главных и второстепенных вопро-
сов, требующих конкретного ответа.
г) Заключительное слово в беседе по телефону (20±5 с).
133
Ответы к конкурсу «Шестеро славных»
1. Русский физик и электромеханик Александр Степанович По-
пов присоединил к когереру молоточек, который после приема
электромагнитных волн автоматически встряхивал опилки. Уче-
ный обнаружил, что чувствительность когерера значительно воз-
растает, если к нему присоединить длинный провод. Так была
создана первая в мире антенна. Прибор, созданный А. С. Попо-
вым, обнаруживал на большом расстоянии грозовые разряды. По-
пов назвал его «грозоотметчиком». Попов продемонстрировал его
7 мая 1895 г.
2. Никола Тесла в 1897 г. начал устанавливать недалеко от
Нью-Йорка радиостанцию, которая передавала сигналы на рас-
стояние 35 км. Он опередил Маркони, спроектировав самую мощ-
ную для того времени радиостанцию.
3. Эдуард Бранли назвал свой прибор когерером. Он создал
его в 1890 г.
Если включить когерер (трубочку с опилками) в электриче-
скую цепь со звонком, лампочкой или другим сигнальным устрой-
ством, то прибор обнаружит электромагнитные волны. Благодаря
когереру появились на свет первые радиоприемники, которые тре-
щали, говорили, играли со всех сторон и нарушали покой старого
ученого. Последним Бранли был очень недоволен.
4. Гульельмо Маркони провел большую работу по усовершен-
ствованию беспроволочного телеграфа Попова и создал радиоте-
леграфный прибор. Мир узнал об изобретении Маркони в основ-
ном из-за болезни принца Уэльского. Летом 1898 г. принц забо-
лел. С помощью своих приборов Маркони пять раз в день пере-
давал королеве Виктории сообщения о здоровье ее сына.
5. Генрих Герц в 1887 г. открыл электромагнитные волны. Его
приборы были весьма несложны: большой индуктор с искровым
разрядником — излучатель и осциллятор, т. е. два шара, удален-
ные друг от друга на расстояние 0,5 мм и соединенные длинной
тонкой изолированной проволокой. Герц не только сделал первый
излучатель электромагнитных волн, но и измерил длины этих
волн. Он отражал их зеркалами и доказал, что это электромаг-
нитные волны длиной от 10 см до 2 м.
6. Исследователь в области радиотехники Эдвин Армстронг
избавил радиоприемники от кристаллического детектора и создал
приспособление по устранению помех и улучшению качества
звука.
Ответы к конкурсу «Испытание нового телефона»
1. Изобретатель телефона Белл 10 марта 1876 г. проводил
испытания своего устройства. Он передал своему помощнику по
телефону, соединяющему их квартиры, фразу: «Говорит Белл.
Если вы меня слышите, то подойдите к окну и помашите мне
шляпой».
134
2. Текст первой телеграммы, переданной Шиллингом по свое-
му телеграфу, был таким: «Спасибо, друзья, за внимание. Все это
сохраните в тайне. Ваш Шиллинг».
3. В здании Нью-Йоркского университета 4 сентября 1837 г.
состоялось публичное испытание нового аппарата — электриче-
ского телеграфа Морзе. Морзе находился в одном конце здания,
помощник — в другом. Была передана телеграмма: «Успешный
опыт с телеграфом, сентября 04 1837».
4. Хорошо известна первая радиограмма А. С. Попова: «Ген-
рих Герц».
Конкурс «Связь с внеземными цивилизациями: гипотезы и со-
мнения» не требует дополнительных решений и ответов.
Ответ к конкурсу радиолюбителей
На рисунке 63 представлена схема простейшего радиоприем-
ника с усилителем низкой частоты. Ее надо нарисовать.
Конкурсы «Остановите музыку!» и «Учим азбуку Морзе» про-
ходят в практической деятельности участников соревнований и
зрителей. Учитель должен умело руководить этими соревнова-
ниями.
. Ответы к конкурсу капитанов «О творчестве»
Ответ к тексту первого капитана. Если бы Эди-
сон, наблюдая проскакивание слабых искр между крупинками
угля, рассыпанными на столе, при проскакивании более мощной
искры между полюсами индуктора, придал этому значение, то
мог бы открыть беспроволочный телеграф, потому что наблюдал
распространение электромагнитных волн в пространстве.
135
Ответ к тексту второго капитана. Физикам в то
время было известно, что звуковые волны распространяются толь-
ко прямолинейно.
Теперь мы знаем, что особенно существенное влияние на рас-
пространение волн, как звуковых, так и радиоволн, оказывает
состояние атмосферы. В стратосфере на высоте 40—80 км зву-
ковые волны отражаются и возвращаются к земле. Таким обра-
зом, звук переносится на расстояние до 300 км от своего источ-
ника.
Между источником звука и полосой слышимости, возникаю-
щей благодаря отражению волн от слоев атмосферы, может быть
и полоса «тишины». Именно в такой полосе «тишины» находилась
в резерве армия маршала Груши при сражении под Ватерлоо.
Ответы ко второму заданию. 1. В создании телефо-
на очень важную роль сыграло явление электромагнитной
индукции.
2. В устройство телеграфа Шиллинга положен интереснейший
опыт Эрстеда — изменение положения магнитной стрелки вблизи
проводника, по которому протекает электрический ток. Телеграф
Шиллинга получил название стрелочный, так как его главной
частью была магнитная стрелка.
VII. ТАЙНЫ СВЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ
Оптика в средней школе — один из разделов с большим науч-
ным, воспитательным и политехническим значением. Этому в
большей мере способствуют необыкновенное разнообразие опти-
ческих явлений, их большое значение в жизни людей, доступ-
ность многих опытов и успехи отечественной оптической промыш-
ленности.
Опираясь на сказанное, определим содержание конкурсных
заданий данного вечера. О каких тайнах света будет идти речь?
Нас окружают редкие и повседневные оптические явления, ко-
торые становятся загадочными именно потому, что мы или за-
трудняемся объяснить их причины, или просто не задумываемся
над ними, например: почему возникают радужные полосы на тон-
кой масляной пленке, плавающей на воде, и как меняется цвет
полос, если ветер уменьшает толщину пленки? Почему возника-
ют миражи и можно ли их наблюдать в наших средних широтах?
Как объяснить цвет неба и каким оно будет, если планета поте-
ряет атмосферу?
При ответе на первый из приведенных вопросов учащимся по-
требуется знание программного материала по волновой оптике,
так как радужные полосы на тонкой масляной пленке, плаваю-
щей на воде,— результат интерференции световых волн. Вторая
часть этого вопроса — изменение цвета полос при уменьшении
толщины пленки — пока выходит за рамки школьной программы,
однако, отвечая на этот вопрос, учащиеся вспомнят опыты по ин-
терференции света на мыльной пленке, натянутой на проволоч-
136
ную рамку. Они сопоставят результат наблюдения с анализом
формулы условия максимума и минимума интерференции и отве-
тят на эту часть вопроса, так как связь между цветностью и дли-
ной волны им известна. Таким образом, для данного вечера по
оптике тайны света будем искать там, где, используя программ-
ный материал, можно расширить знания учащихся. При этом
можно опираться на наблюдения оптических явлений в природе.
Две другие тайны — почему небо голубое и чем вызван
«оазисный» мираж, который нередко возникает над раскаленны-
ми солнцем песками,— смело можно отнести к разряду самых
стандартных школьных физических вопросов. Но эти вопросы за-
служивают, несомненно, большего внимания, если их расширить
проблемными заданиями, такими, как: возможен ли мираж в
средних широтах? Каким будет цвет неба при отсутствии на пла-
нете атмосферы? Особое внимание в конкурсах можно уделить
необычным эффектам, а именно: если мы что-либо видим, то
обычно уверены в том, что наше зрительное восприятие правиль-
ное. Не случайно вместо слов «совершенно ясно» мы часто гово-
рим «очевидно». Даже строгие математики оба выражения упо-
требляют как равноправные.
Но, доверяя зрению, мы нередко обнаруживаем, что наше суж-
дение о виденном оказывается обманчивым, ложным. В русском
языке нашло отражение и это обстоятельство. Когда нет полной
уверенности в том, что говорится, собеседник скажет: «По-види-
мому, так». Более того, мы употребляем выражение «одна види-
мость», когда проявляемая кипучая деятельность является про-
стым надувательством. Описывая конкретные примеры, зададим
участникам такие вопросы: всегда ли можно доверять тому, что
мы видим? Все ли мы видим?
Известно мнение, что обычно мы видим то, с чем уже знако-
мы, и редко замечаем новое, нам неизвестное, даже если оно на-
ходится прямо перед нашими глазами.
Мы живем в удивительном мире света. Свет доставляет ра-
дость всем. Внешний мир мы видим благодаря зрению.
У человека бинокулярное зрение, благодаря чему он видит
предметы объемно.
Глаз обладает свойством адаптации — способностью менять
свою чувствительность в зависимости от величины светового по-
тока. Это очень чувствительный аппарат, и среди всех удивитель-
ных свойств глаза заслуживает обсуждения тайна восприятия
цветовой гаммы. «Наши глаза способны различать тончайшие от-
тенки цветов — они воспринимают голубизну морской волны и за-
рево заката, золото осеннего листа и палитру Левитана»,— пи-
шет в книге «Бионика» И. Б. Литинецкий.
Во время проведения конкурсов соревнующиеся команды мо-
гут задать друг другу вопросы о восприятии цвета:
1. Почему предметы предстают перед нами как окрашенные в различные
цвета?
137
2. Как меняется окраска предметов, если рассматривать окружающий мир
через окрашенные и оптически прозрачные среды?
3. Почему при уменьшении освещенности цветность предметов блекнет и
усиливается, если их пропитать водой?
Ответы на эти и многие другие вопросы позволяют раскрыть
тайны многих световых явлений.
Предложим учащимся конкурс, в котором используя зритель-
ные иллюзии при отражении и преломлении света, покажем на-
стоящие оптические чудеса. Старый известный, но популярный до
сих пор каламбур «Свет — это самое темное пятно в физике», ко-
торый можно рекомендовать в качестве девиза, внесет в атмосфе-
ру вечера шутку, юмор, смех.
Программа
Первое отделение
1. Разминка «Зрительные ощущения».
2. Конкурс художников.
3. Конкурс «Любители чудес».
4. Проверка домашнего задания одной из команд — «Вол-
шебный день лета».
Второе отделение
5. Проверка домашнего задания другой команды — «Репор-
таж с космического корабля «Proton-294 — С».
6. Конкурс «Зеркала и наши профессии».
7. Конкурс «Поэзия красок».
8. Песенно-литературный конкурс.
9. Конкурс капитанов «Кто как смотрит и кто что видит».
В предлагаемой программе реализованы задачи, стоящие пе-
ред преподаванием оптики в средней школе. Профессиональной
направленности обучения посвящается конкурс «Зеркала и наши
профессии», подготовке учащихся проводить эксперимент — кон-
курс «Любители чудес», а воспитанию графической грамотно-
сти— конкурс художников; связь с современными достижениями
физики отражена в конкурсе «Поэзия красок».
Для проведения опытов необходимо подобрать приборы и ма-
териалы, например лист прозрачного стекла, две свечи, цветы,
вазу для цветов, параболическое вогнутое зеркало, лампу, зер-
кала, которые используют в своей работе окулисты и стоматоло-
ги, и сферическое зеркало, которое укреплено на наружной сто-
роне кабины автобуса. Задания для экспериментальных конкур-
сов учащиеся получают за две недели до вечера. Подготовку
опытов контролирует учитель физики. Он рекомендует соответ-
ствующую литературу, которую сам предварительно просматри-
вает в школьной и ближайших библиотеках.
Как и в предыдущих вечерах, конкурсы с домашними задания-
ми требуют наибольшей подготовки. На этом вечере желательно,
Д38
чтобы учащиеся показали небольшие сценки, в которых актеры
рассказали бы об оптических явлениях, допуская при этом в
своих рассказах специально физические неточности. Зрители
должны их заметить и внести исправления, основываясь на соот-
ветствующих физических законах. Можно рекомендовать уча-
щимся одной команды описать летнюю прогулку на озеро, во вре-
мя которой друзья встречаются с явлениями интерференции све-
та, наблюдают тени и полутени от предметов, освещенных сол-
нечными лучами, миражи на раскаленном солнцем асфальте,
подводный мир (во время купания), через светофильтры рас-
сматривают встречающиеся в пути предметы.
Участники другой команды могут поделиться воспоминаниями
о своих «космических путешествиях после полета на планету ка-
кой-нибудь звезды, на которой нет атмосферы», и описать наблю-
даемые оптические явления в условиях, необычных для жителей
Земли. Учитель знакомит учащихся с возможными типичными
ошибками, которые можно использовать как материал для бесе-
ды со зрителями, советует использовать в рассказе анализ явле-
ния дисперсии света и прохождения света сквозь прозрачные
для него вещества.
Учащиеся обеих команд пишут сценарии, примерами к кото-
рым могут служить материалы данного пособия. Во время репе-
тиций учителю надо проследить за тем, чтобы сформулированные
специально для зрителей неточности доносились до них четко и
ясно. Зрители должны не только понимать неточности, но и их
объяснять. Желательно, чтобы подобные литературные чтения
переросли в дискуссии по физике.
1. Разминка «Зрительные ощущения»
Предлагаем учащимся отразить двойственность в оценке зри-
тельного восприятия. Как уже указывалось, эта двойственность
заключается в том, что, с одной стороны, мы полностью доверяем
своему зрению, с другой стороны, нередко, к своему удивлению,
обнаруживаем, что суждение об увиденном оказалось ложным.
Сначала соперникам предлагают объяснить несовместимые на
первый взгляд зрительные ощущения. Например, при абсолютно
прозрачном тонком слое воды мы наблюдаем усиление окраски
намокшей ткани, потемнение речного песка, пропитанного водой,
отсутствие видимости в тумане и т. д.
Второй вопрос надо посвятить тому, чего нет в действительно-
сти, хотя мы это видим. В физике этот оптический обман назы-
вают мнимым изображением. Затем соперникам предлагают во-
просы на сообразительность, сопровождая их набором похожих
картинок, например: какие различия вы видите здесь? Чем отли-
чаются приведенные рисунки? Можно обсудить получение мни-
мых изображений в оконных стеклах, на зеркальной глади воды
или кажущееся уменьшение глубины водоема и т. д. Художники
для этого конкурса готовят рисунки, на которых изображают
139
предметы и их мнимые изображения, полученные в результате
отражения и преломления лучей.
В заключение разминки команды обмениваются рисунками, на
которых в необычном ракурсе представлены объекты или целые
сюжеты. Требуется ответить на вопрос: «Что бы это значило?»
Приведем примерные задания, которые могут быть выбраны
для разминки.
Вопросы первой команды
1. Почему прозрачна промасленная бумага, если сливочное масло и сама
бумага непрозрачны?
2. В каждой квартире есть зеркала, создающие мнимые отражения двух
видов: отражения от стекла с зеркальным покрытием, непрозрачные для све-
та, и от одностороннего зеркала, сквозь которые можно видеть предмет в
одном направлении, а в другом они отражают свет, как обычные зеркала.
Объясните, почему односторонние зеркала создают мнимые отражения.
3. Что бы это значило? (Демонстрируют рисунок 64.)
Вопросы второй команды
1. Тонкий слой воды прозрачен. Почему темнеет след, когда идешь по пес-
чаному берегу вдоль воды?
2. На берегу озера стоит дом. Фотографируют сначала дом, а затем отра-
жение в озере. Можно ли различить фотографии?
3. Что бы это значило? (Демонстрируют рисунок 65.)
2. Конкурс художников
На основе представлений о луче и о светящейся точке, исполь-
зуя законы геометрической оптики, можно построить ход лучей и
найти изображения в различных оптических приборах. Эти уме-
ния дают возможность человеку рассчитывать различные оптиче-
ские приборы и помогают управлять световыми потоками с по-
мощью линз и зеркал.
Данный конкурс носит такое название потому, что построе-
ния, выполняемые в геометрической оптике, требуют от исполни-
мо
телей не только физических знаний, но и определенного художе-
ственного мастерства.
Шести художникам (по три от каждой команды) надо найти
изображение светящейся точки Ао в оптической системе, состоя-
щей из плосковогнутой линзы и плоского зеркала. Для этого на
двух классных досках надо нарисовать чертежи (рис. 66).
Основное условие конкурса — коллективный труд. Можно ра-
боту распределить следующим образом: первый участник находит
изображение точечного источника света после прохождения лучей
через рассеивающую линзу, второй — строит мнимое изображе-
ние в плоском зеркале, а третий — показывает ход лучей после их
вторичного преломления в рассеивающей линзе.
Успешная работа каждого ученика оценивается одним баллом.
3. Конкурс «Любители чудес»
В этом конкурсе интерес представляют фокусы, которые пока-
зывает каждая команда. Учитель дает к фокусам предваритель-
ные рекомендации.
Рекомендации первой команде к фокусу «Отражение
в прозрачном стекле»
На столе укрепите наклонно лист прозрачного оконного стек-
ла. За ним (на столе) поставьте свечку. Другую, точно такую же
по размерам и цвету, расположите на сиденье стула. Если за-
жечь свечу на стуле, то она отразится в стекле и зрителям пока-
жется, что зажженная свеча действительно находится на столе за
стеклом.
Если совместить отражение горящей свечи со свечой на сто-
ле, занавесить спинку стула, чтобы зрителям не было видно, что
на нем находится, задрапировать края стекла, чтобы в нем, кро-
ме свечи, ничего не отражалось, то возникнет полная иллюзия:
зажжена свеча на столе. Для большего эффекта можно поме-
щать в ее «пламя» руку, не опасаясь ожогов, лить воду, не'боясь
ее погасить.
141
Вместо горящей свечи можно показать цветы в вазе
'(рис. 67) — ваза на столе, букет на сиденье стула, которые исче-
зают, если переносить нижний источник света; или рыбок в аква-
риуме — аквариум на столе, стайка рыбок из металлической
фольги на стуле, которые «плывут», если перемещать источник
света, расположенный между столом и стулом и освещающий
предметы снизу.
Можно предложить учащимся рассказать, как показывают
театральных призраков на сцене. Для этого используют прозрач-
ные стекла площадью 10 м2 и более. Края стекла скрывают де-
корациями. Актера, исполняющего роль «привидения», размеща-
ют на черном фоне под сценой. «Привидение» зеркально отража-
ется в стекле. Оно станет прозрачным, если ярко осветить сцену;
у него нет препятствий, ничто не преграждает ему дорогу.
Рекомендации второй команде к фокусу «Иллюзия
переноса предметов при помощи параболических
вогнутых зеркал»
В подготовке этого фокуса учащимся поможет рисунок 68.
Всякий перевернутый предмет, помещенный перед вогнутым
зеркалом между его фокусом и центром кривизны, дает прямое
изображение на некотором расстоянии позади этого центра.
Изображение как бы висит в воздухе. Оно так хорошо просмат-
ривается с некоторого расстояния, что хочется протянуть руку и
взять его, особенно если это мнимое изображение яблока или
апельсина.
Для полноты иллюзии следует приподнять зеркало, чтобы
изображение получилось выше предмета, а предмет заслонить от
зрителей.
142
Если расположить предмет почти около центра кривизны зер-
кала, то изображение будет равно самому предмету и будет нахо-
диться рядом с оптическим центром.
Вогнутым зеркалом «фокусники» могут перенести изображе-
ние горящей лампочки на пустой электропатрон. Можно ударять
по такой «лампочке», но, к удивлению зрителей, разбить ее
нельзя.
После просмотра этих фокусов команды соперников объясня-
ют их. Жюри оценивают работу обеих команд: два балла — опыт,
два балла — его объяснение.
4. Конкурс «Волшебный день лета»
Все неточности, которые учащиеся допускают при объяснении
физических явлений, в тексте выделены шрифтом и отмечены
цифрами. Объяснения к ним даны ниже, в «Ответах и решениях
к конкурсным заданиям».
ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА
Саша — ведущий А
Петя I Друзья.
Володя J
Ребята стоят на авансцене, за ними — большая самодельная книга е
картинками (декорации). По ходу действия помощники перелистывают стра-
ницы.
Саша. Однажды летом, как обычно, мы с ребятами встрети-
лись во дворе. (К Саше и Володе подходит Петя.)
Петя. Здравствуйте. Какая хороша погода!
Володя. Здорово! Погода отличная. Так светит солнце, что
очень жарко.
Петя. Пойдем в лес, а оттуда — на озеро и искупаемся.
Саша. По дороге у автобазы мы увидели удивительное зре-
лище: лужа на асфальте переливалась всеми цветами радуги.
Петя. Как красиво! Что это такое?
Володя. Вода покрыта тонким слоем бензина. На нем про-
исходит дифракция света: меняется толщина пленки — меняется
ее цвет. Смотри: у забора пленка была голубой, а стала зеле-
ной (1).
Петя. Я понял, в чем дело: пленка стала тоньше, когда по-
дул ветер.
Саша. Когда мы пришли в лес, нас поразили яркость и мно-
гообразие красок. Под июньским солнцем кроны деревьев свети-
лись чистой зеленью, голубое небо было насыщенного цвета, и
только кое-где виднелись ослепительно белые кучевые облака.
Петя. Я достал из кармана красное стекло и стал смотреть
вокруг. Увидел, что красная рубашка Володи стала черной, а де-
ревья остались зелеными.
143
Володя, Снова я стал объяснять: красное стекло поглощает
красные лучи, а остальные пропускает; вот и выходит, что крас-
ный цвет превратился в черный, зеленые же лучи красное стекло
пропустило (2).
Саша. Я предложил посидеть в тенечке. Мне бросилось в
глаза, что тень от деревьев точно передает контуры их листьев,
причем до мельчайших подробностей.
Володя. А я обратил внимание на тень пролетавшей над
поляной маленькой бабочки. И ее контуры до мельчайших под-
робностей повторяли очертания бабочки, даже усики были вид-
ны (3)!
Саша. После небольшого отдыха мы все отправились на озе-
ро. Вышли из леса и пошли по асфальтовой дороге. Вскоре уви-
дели впереди блестящие лужи. Подошли ближе — лужи исчезли.
Петя спросил, что это может быть.
Володя. Я объяснил довольно просто. Это, вероятно, лужи
от поливальной машины, которая проезжала здесь до нас. А пока
мы приближались, от сильной жары вода испарилась (4).
Саша. Мы подошли к озеру со стороны небольшого песчано-
го пригорка. Спокойная гладь его была подобна огромному зер-
калу.
Петя. Я воскликнул: «Как точно отражаются в воде деревья
и камни, стоящие на пригорке!»
Саша. Мы решили купаться и тут выяснили, что забыли
взять маску для наблюдения под водой, хотя все любили нырять
и рассматривать подводные предметы.
Володя. Я стал уверять, что можно и без маски, даже луч-
ше видно, а в маске стекло мешает (5).
Петя. Мы вдоволь накупались. Наша прогулка закончилась.
Из нее мы вынесли много впечатлений.
5. Репортаж с космического корабля
«Proton-294-С»
На большом экране демонстрируют кинофрагмент о взлете
космического корабля, а затем диапозитивы, дающие представле-
ние о звездном небе. Звучит космическая музыка. На сцену вы-
ходит ученик в костюме космонавта. Он говорит: «Уже несколько
дней наш корабль находится в поле тяготения звезды F-148593,
обладающей планетной системой. Сегодня наш экипаж завершает
исследования седьмой планеты. На ней нет атмосферы.
Оставив в стороне чисто научные результаты исследования,
которые занесены в соответствующие бортовые журналы, расска-
жу об одном дне нашего путешествия.
Проснувшись с восходом солнца, я посмотрел на себя в зер-
кало. С его поверхности на меня смотрело мужественное лицо —
мой вид меня удовлетворил (1).
После завтрака мы высадились на планету и начали осматри-
вать грунт. Дело происходило на освещенной стороне. Над нами
144
сияло небо удивительной голубизны, только красная кромка огра-
ничивала горизонт (2).
Собрав ряд образцов, я взглянул на контрольный термометр
и обнаружил, что мой скафандр нагрелся. Я тут же поспешил в
тень. Это была просторная пещера, образованная нагроможде-
нием больших камней. Свет проникал сюда лишь через неболь-
шое отверстие, послужившее мне входом. Внутри царила прият-
ная прохлада и было полутемно (3).
Сделав несколько шагов, я наскочил на какой-то невидимый
предмет и решил, что он состоит из вещества, показатель прелом-
ления которого близок к нулю (4). Мне удалось отломить от не-
го кусочек. Оказалось, что это вещество хорошо разлагает белый
свет на несколько разноцветных полос равной толщины. Я поду-
мал, что из этого вещества после некоторой огранки могут полу-
читься бриллианты огромного размера, и обрадовался удивитель-
но ценной находке (5). Мелькнула мысль: а не сообщить ли о
ней на Землю по радио. Но эту мысль тут же сменило соображе-
ние, что в данный момент это не имеет смысла: корабль сейчас
быстро полетит к Земле и мы обгоним свое сообщение» (6).
6. Конкурс «Зеркала и наши профессии»
Участникам этого конкурса надо рассказать о роли зеркал
врача-окулиста, врача-стоматолога и водителя автобуса. (Кон-
курс должен предварительно готовиться дома.)
Работу окулиста, стоматолога демонстрируют в белых хала-
тах, при настольных лампах и, конечно, с помощью больных.
Надо показать состояние пациента и выразить его настроение.
Помните у А. П. Чехова: «У отставного генерал-майора Булдеева
разболелись зубы. Он полоскал рот водкой, коньяком, приклады-
вал к больному зубу табачную копоть, опий, скипидар, керосин,
мазал щеку йодом, в ушах у него была вата, смоченная в спир-
ту...» Работа каждого исполнителя оценивается одним баллом.
Учитель открывает этот конкурс примерно таким вступлением:
Учитель. Мы широко используем в своей жизни различные
зеркала, которые являются основной частью многих приборов,
помогающих нам лучше видеть и изучать окружающий мир. Они
находят применение в фотоаппаратах, телескопах, микроскопах-,
биноклях, увеличителях; их используют врачи, разглядывая ухо,
горло, глаз.
Приборы с зеркалами помогают морякам определять положе-
ние корабля, перископы — следить за поверхностью моря.
Измерения, выполненные с помощью зеркал, являются пре-
дельно точными. Отражение света помогает усилить ничтожные
колебания в измерительных приборах. Зеркала, которыми снаб-
жены сейсмографы, записывают на фотобумаге колебания земной
коры. Интерферометры используют для измерений, недоступных
микроскопам. .
10 Заказ № 1106
145
Трудно перечислить, где применяются различные зеркала. Они
всюду, начиная с легенды, где Архимед потопил с помощью зер-
кал корабли, напавшие на Сиракузы, до современных лазеров и
космических кораблей.
7. Конкурс «Поэзия красок»
Учитель. Известно, что свет (электромагнитное излуче-
ние в определенном диапазоне длин волн) представляет со-
бой смесь семи основных цветов, что много лет назад доказал
Ньютон, пропуская солнечный свет через призму. Цвета объясня-
ются различной длиной световых волн или частотой излучения.
Механизм восприятия цветов нашим глазом очень сложен и до
конца еще не изучен. Однако известно, что мы видим не длину
волны, а ощущаем тот эффект, который получается при возбуж-
дении светочувствительных элементов сетчатки. Именно этот
эффект позволяет нам наслаждаться синевой неба и зеленой све-
жестью листа, любоваться багряными красками заката и неж-
ными переливами радуги. Поэзия красок — главная тема этого
конкурса.
Затем исполнители (четыре ученика от каждой команды) по-
лучают три задания:
1. Еще Ньютон составил перечень основных цветов спектра, которые иног-
да рекомендуют запомнить с помощью знаменитой фразы: «Каждый охотник
желает знать, где сидит фазан». Естественно, что эта фраза далеко не един-
ственный вариант для запоминания последовательности расположения цветов
в спектре. Составьте еще подобные фразы.
2. Кроме семи основных цветов, в дисперсионном спектре содержатся пе-
реходные, дополнительные, цвета. В русском языке можно найти много слов
для их названий, и связаны они с названиями многих растений, например ва-
сильковый, вишневый, розовый, а иногда — с названием драгоценных камней,
например рубиновый (кроваво-красный), изумрудный (густо-зеленый), аквама-
риновый (цвет морской волны), бирюзовый (голубовато-зеленый). Запишите
все известные вам названия оттенков одного цвета.
3. Ныне известна трехцветная природа зрения. На ней основано воспроиз-
ведение цветов в кино, телевидении, цветной фотографии и полиграфии. Мето-
ды количественного измерения цветов также базируются на существовании трех
цветов: красного, зеленого и синего. Создайте новые цвета.
Однако цвета мы не только воспринимаем, но и сами создаем
их многообразие, смешивая, дополняя, разбавляя три основных
цвета. Так, например, красный плюс зеленый дадут великолеп-
ный желтый тон, который можно получить и из оранжевого, и
зеленовато-синего. Рецептов создания любого цвета, лежащего в
средней части основного цвета спектра, много.
Различают смешение цветов, т. е. оптический синтез, и смеше-
ние красок, т. е. механический синтез.
Займитесь созданием новых цветов. Для оптического смеше-
ния цветов вы имеете светофильтры, для механического смеше-
146
ния — краски. Исходные и образующие цвета записывайте так:
С = Г+П; 3=Ж+Г; К=Ж+П.
8. Песенно-литературный конкурс
Свет в нашей жизни играет большую роль. Известно немало
стихов, песен, загадок, посвященных свету и его источникам.
Участникам конкурса предлагается исполнить куплет из та-
кой песни, прочитать стихотворение, загадать загадку, т. е. надо
показать, как в поэзии и народной мудрости отражены световые
явления.
9. Конкурс капитанов «Кто как смотрит и кто что видит»
Учитель. Глаз лягушки — превосходная биологическая ин-
формационная система, выбирающая только ту информацию,
которая представляет интерес: например, близко летящая муха
будет схвачена и съедена мгновенно.
И другие живые существа обладают поразительной реакцией
на малейшие перемещения, происходящие вблизи них. Так, пчела
отчетливо различает форму и размеры промелькнувшей мимо
тени. Она может оценить и скорость движения этого объекта.
Кроме того, природа наделила пчел способностью воспринимать
ультрафиолетовое излучение, а способность отличать плоскость
поляризации света, рассеянного небосводом, помогает насекомым
ориентироваться в пространстве.
Курица рассматривает мир одним глазом. Вспомните, как
она при этом поворачивает голову.
Кальмары видят инфракрасное излучение. Рыбы видят в воде
значительно лучше человека, а некоторые из них, например кара-
си, хорошо видят то, что происходит над водой, в том числе и
самого рыболова.
Затем ведущий задает капитанам три вопроса:
1. Почему люди утверждают, что заяц косой?
2. Как видят глубоководные рыбы, живущие в вечной темноте?
3. Нарисуйте изображение своего противника в выпуклом зеркале.
Ответы и решения к конкурсным заданиям
Ответы на вопросы, задаваемые первой командой
при разминке
1. Бумага состоит из тончайших полупрозрачных для света
волокон, между которыми находится воздух. Падающий свет,
проникая внутрь, испытывает многократные отражения от воло-
кон и как бы запутывается в них, не выходя наружу и не попадая
опять в глаз наблюдателя; поэтому бумага кажется непрозрач-
ной. Тонкий слой масла прозрачен.
Ю*
147
Когда бумага промаслена, жир заполнил промежутки между
волокнами. Луч света проходит сквозь прозрачную среду, не
испытывая ни отражения, ни преломления света на границе мас-
ло — волокно, так как показатели преломления масла и бумажно-
го волокна примерно одинаковы, поэтому промасленная бумага
почти прозрачна.
2. Односторонними зеркалами в любой квартире служат окна.
В солнечные дни из комнаты через окно хорошо просматривается
пейзаж на улице. Увидеть же с улицы, что происходит в доме,
через это окно практически невозможно. Если приблизить лицо
к стеклу, то увидишь свое отражение в окне, как в обычном зер-
кале.
Вечером, когда в комнате зажгли свет, а темнота приблизи-
лась к окну, с улицы легко рассмотреть эту комнату, но нельзя
увидеть из комнаты через окно улицу. И только приблизив лицо
вплотную к стеклу, мы увидим уличный пейзаж.
3. На рисунке 64 изображены рыболовы, обступившие лунку.
Какими их видит карась, плавающий в воде.
Ответы на вопросы, задаваемые второй командой
при разминке
1. Пористые и шероховатые предметы, будучи влажными, ста-
новятся темнее сухих. Очевидно, что при смачивании увеличива-
ется коэффициент поглощения света и уменьшается коэффициент
отражения. Когда жидкость заполнила промежутки между кру-
пинками речного песка, покрыла каждую, то значительно умень-
шилось отражение света вследствие полного внутреннего отра-
жения.
Свет, попавший в промежутки между песчинками, поглощает-
ся в них после многократного отражения; поэтому промежутки
кажутся нам более темными, что приводит к потемнению всей по-
верхности песка. По тем же причинам все мокрые цветные ткани
приобретают более насыщенные цвета.
2. Если дом, который; фотографировали, имеет надписи, то
легко на фотографии отличить его действительный вид от зер-
кального отражения.
Если нет столь явных признаков, надо внимательно изучить
обе фотографии (рис. 69). Дело в том, что снимки дома и его от-
ражения делаются под разными углами зрения, как бы с разных
точек съемки. Разница между объектом и его отражением умень-
шается при приближении глаза к поверхности воды и при удале-
нии объекта. Обратите внимание на отражение берега, спускаю-
щегося к воде. Он покажется нам укороченным и совсем исчезает,
если фотограф стоит высоко над поверхностью воды. Мы никогда
не увидим вершины камня, часть которого погружена в воду. По-
этому в объектив фотоаппарата могут попасть детали зеркаль-
ного отражения, которые не видны на «прямом снимке».
3. На рисунке 65 представлена фонограмма звука, записанно-
го на кинопленке.
148
Ответы к конкурсу художников
Из потока лучей, исходящих из источника света Ао (рис. 70),
выбираем два. Первый направляем вдоль главной оптической оси
А0О: он пройдет линзу, не преломляясь, и отразится от зеркала
по тому же направлению. Второй луч — произвольный (А0В).
С помощью побочной оптической оси ОО{ получим изображение
источника света (точка AJ, которое находится на главной опти-
ческой оси.
От плоского зеркала луч AqB отражается под тем же углом,
под которым на него падает. Поэтому изображение Ai в плоском
зеркале (точка А2) будет лежать на главной оптической оси си-
стемы на расстоянии А2О=ОА!.
Далее строим изображение мнимого источника света А2 в лин-
зе. Вновь используем побочную оптическую ось О2О, на этот раз
параллельную выбранному лучу А2В. Луч А2В после преломле-
ния в линзе рассеивается в направлении BBt так, что его про-
должение проходит через фокус F2. Пересечение BF2 с главной
оптической осью дает точку А3, которая является мнимым изобра-
жением точечного источника Ао в данной оптической системе.
Ответы к конкурсу «Волшебный день лета»
1. Действительно, в местах автомобильных стоянок после дож-
дя на фоне черного асфальта на поверхности луж видны блестя-
щие пятна масла и бензина, отливающие всеми цветами радуги.
Эти прекрасные краски являются следствием интерференции в
тонких пленках масла и бензина, а не дифракции света.
Если за освещенной пленкой наблюдать некоторое время, то
можно заметить изменение окраски полос вследствие растека-
ния масла по большей поверхности лужи и, следовательно, умень-
шения толщины пленки. Однако эти изменения должны привести
к появлению условия максимума для более коротких длин волн,
149
т. е. цвета меняются от зеленого к голубому, а не наоборот, как
решили мальчики.
2. Фильтры разной цветности поглощают и пропускают раз-
ные цвета. Красный (пурпурный) фильтр поглощает зеленые лу-
чи и пропускает красные и синие, голубой поглощает красные и
пропускает зеленые и синие цвета. Желтый светофильтр погло-
щает синие лучи и пропускает красные и зеленые, совместное дей-
ствие которых на глаз обусловливает желтый цвет. Поэтому
красная рубашка Володи осталась красной, а листья деревьев
стали темными.
3. Когда мальчики находились под деревьями, освещенными
солнцем, они наблюдали тени различных предметов в его лучах.
Так как солнце не является точечным источником света, то на
земле под деревьями видны светлые эллиптической формы пятна
разной величины. Их образуют солнечные лучи, проникающие
через просветы в листьях деревьев. Это изображение солнца.
Тень бабочки тоже круглая. Это теневое изображение солнца.
Следовательно, наблюдения Саши и Володи, видевших в тенях от
листьев дерева и бабочки точные копии предметов, неверны.
4. Вода на асфальте — это не лужи от поливальной машины,
а, по всей видимости, часто наблюдаемый над разогретой поверх-
ностью асфальта мираж — отражение небосвода. «Лучи света,
идущие от голубого небосвода, преломляются в приземном слое
воздуха, который от нагретого асфальта сильно раскален. Лучи
отклоняются в сторону наблюдателя, и он, воспринимая лучи как
прямые, мысленно продолжая их, видит на некотором расстоянии
впереди голубую поверхность воды. Эту иллюзию усиливают вол-
нения поверхности, обусловленные небольшими изменениями по-
казателя преломления горячего воздуха.
На рисунке 71 представлен мираж, который иногда видят пас-
сажиры, едущие на автомобиле в жаркий и тихий день по асфаль-
товой прямой дороге. Им кажется, что дорога (за точкой О) по-
150
лита водой и даже уходит в озеро. При этом они видят перевер-
нутое изображение дерева как бы в зеркальной водной поверх-
ности.
5. Человек в воде видит хуже, чем в воздухе. Это происходит
потому, что показатель преломления жидкостей, заполняющих
глаз, близок к показателю преломления воды. Если роговица
глаза непосредственно соприкасается с водой, то на ее поверхно-
сти почти не происходит преломления света. Поэтому изображе-
ние в глазу получается за сетчаткой. Если при помощи маски
изолировать глаз от воды слоем воздуха, то свет из воды прохо-
дит в воздух, затем нормально преломляется и фокусируется на
сетчатке. Аквалангистам, водолазам и просто ныряльщикам, что-
бы четко видеть в воде, необходимы специальные маски.
Ответы к домашнему заданию «Репортаж
с космического корабля «Proton-294 — С»
1. Известно, что человек видит предмет по прямолинейному
направлению, по которому свет от освещенного предмета непо-
средственно попадает в глаз. Поэтому человек видит мнимое
изображение предмета по прямолинейному направлению за зер-
калом, а не на его поверхности, как говорит космонавт.
2. Голубой цвет неба объясняется рассеянием света на флук-
туациях плотности воздуха. Вечером и утром, когда солнечные
лучи проходят сквозь значительную толщу атмосферы, рассеяние
возрастает — мы видим красный цвет зорь.
Космонавт находился на планете, не имеющей атмосферы. По-
этому утверждение о голубизне неба с красной кромкой у гори-
зонта является ошибочным.
3. Из-за отсутствия на исследуемой планете атмосферы нель-
зя обнаружить внутри пещеры приятную прохладу и полутемно-
ту. Такие планеты имеют резкие перепады температуры при пе-
реходе с освещенной поверхности в тень; тени на ней резкие и
черные без полутеней.
4. Известно, что мы видим предметы, которые не являются
источником света, благодаря отраженным лучам и при наличии
различий в яркостях фона и предмета (яркостный контраст) или
различий в их окраске (цветовой контраст). Космонавт рассмат-
ривает предмет, вещество которого оптически прозрачно. Такой
предмет станет невидимым, если коэффициент преломления его
вещества становится равным коэффициенту преломления окру-
жающей среды; следовательно, коэффициент преломления при
отсутствии атмосферы должен быть равен единице.
5. Предположим, что дисперсия все же наблюдается. Из-за
отсутствия правильной огранки кристалла космонавт не мог ви-
деть полностью дисперсионный спектр. Дисперсионный спектр
имеет полосы разной толщины. Алмаз имеет высокий показатель
преломления (2, 4173) и вследствие этого обладает большой дис-
персией.
151
6. Корабль не мог обогнать свое сообщение, так как скорость
распространения радиосигналов является предельной скоростью.
Ответы к конкурсу «Зеркала и наши профессии»
1. Врач-окулист пользуется вогнутым сферическим зеркалом с
отверстием в полюсе. Его фокусное расстояние равно приблизи-
тельно 20 см. Назначение зеркала: увеличить освещенность боль-
ного глаза. Для этого окулист настольную лампу располагает
несколько позади себя, слегка смещая ее в сторону. Глаз врача
находится на расстоянии 20—30 см от рассматриваемого объекта.
При таком положении врача, пациента и источника света зерка-
ло наиболее хорошо концентрирует световые лучи.
2. Врач-стоматолог должен получить увеличенное изображе-
ние части зуба с его внутренней стороны, чтобы оценить степень
заболевания и начать лечение. Для этого требуется вогнутое зер-
кало с малым фокусным расстоянием (порядка нескольких сан-
тиметров). Чтобы рассматриваемое изображение зуба было пря-
мым, объект наблюдения должен располагаться между фокусом
и полюсом зеркала. Свет направляется на полость рта пациента.
3. Рассмотрим, какую роль играет сферическое зеркало в го-
родском транспорте. Всякое выпуклое зеркало дает уменьшенное
изображение предметов. При этом поле зрения увеличивается.
Такие зеркала заднего вида используют у автобусов. Если авто-
бус, отъезжающий от остановки, затормозил, чтобы посадить за-
поздавшего пассажира, значит, водитель увидел уменьшенное
изображение в зеркале, расположенном вблизи входной двери.
Ответы к конкурсу «Поэзия красок»
1. Одна из фраз, придуманная учениками в соответствии с
заданием: «Каждый отличник желает знать географию с физи-
кой».
2. Известны оригинальные оттенки красного цвета: розовый,
рыжий, кадмий красный светлый, аплак красный темный, беже-
вый, коричневый, кирпичный, пурпурный.
152
3. Получение производных цветов от основных — красного, зе-
леного и синего — при смешении цветов показано на рисунке 72,
при смешении красок — на рисунке 73.
Ответы к конкурсу капитанов «Кто как смотрит
и кто что видит»
1. Заяц косой — это значит, что он видит предметы, находя-
щиеся от него с каждой стороны, только одним глазом. Это по-
зволяет ему видеть своего преследователя так же хорошо, как
предметы, расположенные перед ним. Заяц не имеет слепой зоны.
При неподвижной голове и естественном направлении взгляда
обоих глаз поле зрения, общее для обоих глаз, небольшое: впе-
реди — 10°, позади — 9°. Между ними по дуге — поле зрения, ви-
димое одним соответствующим глазом (рис. 74).
2. У глубоководных рыб глаза или отсутствуют, или очень ма-
лы. Это связано с условиями их существования. Отпадает главная
функция глаза, ибо нет возможности что-либо вокруг рассмат-
ривать, так как живут они в полной темноте; поэтому световые
ощущения воспринимаются окончанием зрительного нерва, выхо-
дящего наружу тела.
3. Наиболее карикатурным получается изображение человека
в сильновыпуклом, почти шаровидном сферическом зеркале. По-
дойдите к елочному шару и коснитесь его поверхности рукой:
голова, ноги, руки отразятся в нем в уменьшенном виде (рис. 75).
VIII. В ГЛУБИНАХ НЕВИДИМОГО
В конкурсах вечера могут участвовать ребята всех классов,
изучающих физику. Его готовят и проводят выпускники школы.
Они имеют опыт организации таких вечеров. Поэтому мы не бу-
дем приводить подробную разработку этого вечера, а ограничим-
ся только одной пьесой.
153
Пьеса
«Открытие сто четвертого элемента»
Картина 1. Продавец газет, стоя на авансцене: «Покупайте
утренние газеты! Экстренное сообщение! В Объединенном исти-
туте ядерных исследований открыт 104-й элемент таблицы Мен-
делеева! Спешите принять участие в конкурсе на лучшее назва-
ние новорожденного элемента!
Экстренное сообщение! Открыт новый 104-й элемент!» (Ухо-
дит.)
Картина 2. Приемная кабинета директора института. За
столом — машинистка, рядом секретарь разбирает многочислен-
ную почту.
Секретарь. Сколько добровольных корреспондентов! Вот
письмо от сталеваров. Пишут от имени всей дружной бригады.
Советуют выбрать имя — «Дружбий». Вот с Урала. Называют —
«Мирий». Телеграмма с борта корабля: «Поздравляем открытием
104-го. Да здравствует «Дубний». Письмо от пионеров 4 «Б» из
села Вятково. Пишут о своих учебных успехах. Учатся на «4» и
«5». А вот и имя — «Пионерий». А это студент. «Мне очень хочет-
ся быть соавтором замечательного открытия, и я придумал, как
это сделать: назвать 104-й «Комсомолий». Тогда весь комсомол
нынешнего, прошлых и будущих поколений, и я в том числе, бу-
дет причастен к этому событию». Опять студент — из МГУ — «Ло-
моносов». Сколько имен! (Перебирает почту.) «Московий», «Сове-
тий», «Курчатовий», «Резерфордий», опять «Московий», «Спут-
ник». Какая обширная почта! Отнесу в лабораторию. Пусть раз-
бираются. (Уходит.)
Картина 3. Рабочий стол, стол для заседаний, в углу ком-
наты— узенький диванчик, над ним вымпел ^Лучшему подраз-
делению в соревновании». На стене рядом со школьной доской
плакат:
«Ноябрь 1957 год—102-й — Швеция
Апрель 1961 год — 103-й — США
Август 1964 год — 104-й — ?»
и таблица Менделеева.
В кабинете шесть мальчиков и одна девочка. Вбегает седьмой
мальчик.
Все (в один голос). Ну что?
Седьмой. Ничего не выходит! Мешает фон, черт бы его поб-
рал!
Первый. Какой идет фон?
Седьмой. Да все лезет этот дурацкий 102-й! (Посмотрели
друг на друга и неожиданно рассмеялись).
Второй. Какая судьба! А помнишь февраль 1958-го?
Третий. Это когда искали атомы 102-го?
Второй. А их все не было. А вот теперь стоило начать поиск
104-го, как 102-й ползет сам!
154
Шестой (лежащий на диване, монотонно). Сколько можно,
товарищи? Уже шестые сутки не выходим из института. Куда’ нам,
собственно, спешить? Ну годом позже найдем 104-й. Ну не най-
дем совсем. Разве человечество, прожив последние две тысячи
лет без 104-го, не проживет еще столько же? Не понимаю, зачем
не спать ночами, не есть сутками, не ходить в кино, не жить спо-
койной человеческой жизнью.
(Никто не реагирует на его монолог.)
Четвертый (сидящий в центре). Давайте оценим все с са-
мого начала.
Пятый (стоящий у доски, иронически). С какого начала?
Может быть, с истин, которые теперь известны любому школьни-
ку? Что значит искусственным путем получить новый элемент?
Это значит — изменить количество протонов в атомном ядре из-
вестного элемента так, чтобы ядро изменило свой порядковый но-
мер. Если взять, например, ядро плутония, «влить» в него ядро
неона, а потом заставить выпустить четыре нейтрона, то получит-
ся 104-й. Элементарно просто.
Четвертый. Ни к чему ирония. Все действительно так. Но
как заставить положительно заряженное ядро плутония погло-
тить добровольно положительно заряженное ядро неона?
Шестой. Разогнать, как снаряд в циклотроне и «вонзить»
в ядро плутония. Все так и есть. Но нет только 104-го.
Четвертый. Проследим-ка работу важнейших узлов цикло-
трона еще раз. (Обращается к стоящему у доски.) Давай с
ионного источника.
Пятый. Ионный специальный источник — сердце всякого цик-
лотрона. Это не просто техника, это чистое искусство. Сердце на-
шего циклотрона работает отлично. Ионный источник рождает
не один ион, а целый поток заряженных снарядов. Это очень
важно, чтобы был поток, а не один ион. Из десяти миллиардов
попаданий в ядро плутония лишь в одном-единственном случ.-е
получается ядро нового элемента. Если есть поток заряженных
частиц, значит есть надежда на успех.
Первый. Теперь об основной части циклотрона — ускорите-
ле. Проанализируем его назначение.
Седьмой (на авансцене). Чтобы представить себе ускори-
тельную камеру, вообразите плоскую круглую конфетную короб-
ку, разрезанную по диаметру. Две половины большой металличе-
ской коробки, называемые дуантами, и составляют основную часть
ускорительной камеры. На дуанты накладывается переменное
электрическое поле определенного периода. Вся эта система по-
мещена между полюсами электромагнита, создающего внутри ко-
робки перпендикулярно к ее основанию силовое постоянное маг-
нитное поле.
Первый. Попробуем ответить на вопрос: может ли причина
отсутствия 104-го скрываться в ускорителе?
Второй. Для этого проследим за отдельной положительно
заряженной частицей, вылетевшей из источника. Она сразу при-
155
тягивается к отрицательному дуанту, полому внутри. Внутри не-
го электрическое поле отсутствует. Частица уже не ускоряется, а
летит по круговой орбите.
Третий (перебивая, воодушевленно). После того как части-
ца опишет полукруг, она вновь подойдет к промежутку, разделя-
ющему дуанты. За это время электрическое поле в промежутке
изменит направление, и частица получит ускорение вторично. Пос-
ле прохождения второго полукруга она испытает ускорение в тре-
тий раз и т. д. Скорость частицы и радиус ее орбиты становятся
с каждым разом все больше, траектория имеет вид спирали, ко-
торая в конце концов раскручивается и «упирается» в стенку ка-
меры.
Второй (перебивая, с еще большим вдохновением). И части-
цы с помощью отклоняющих полей выводятся наружу — на ми-
шень. Директору нашей лаборатории ядерных реакций Георгию
Николаевичу Флерову удалось еще в 1957 г. ответить на два прин-
ципиальных вопроса. Первый: можно ли с помощью циклотрона
получать ускоренные ионы для бомбардировки ядер плутония?
Второй: как ускорять ионы и до какого предела? В 1959 г. в Дуб-
ну был доставлен новый мощный циклотрон. Основная его часть—
ускоритель — работает нормально. Ускоритель позволяет получать
протоны, обладающие энергией 680 МэВ. Этого вполне достаточ-
но, чтобы предопределить успех получения 104-го.
Первый (обращается к пятому). А мишень?
Пятый. Создание плутониевой мишени — это важнейшая сту-
пень в движении к 104-му. Ионный источник, ускоритель в цикло-
троне разработан успешно. Мишень же надо совершенствовать.
В ней и может таиться причина наших неудач. Представьте се-
бе алюминиевую пластинку в шесть микрон толщиной. Специаль-
ным способом нанесем на нее слой плутония толщиной в один
микрон. Мишень ставят в циклотрон. Поток должен пробить алю-
миний. Он легко может пробить стомикронную толщину, а тут
всего только шесть микрон, так что и подавно пробьет, чтобы за-
тем бомбардировать плутоний. Если ион пролетел мимо ядра плу-
тония, то это означает промах. Если сталкивается с ядром, то
сливается с ним, и получается новое ядро с суммой масс двух
слившихся ядер. Это происходит один раз на миллиарды столкно-
вений, и вылетает из мишени новое ядро.
Четвертый. Изготовляемые у нас в лаборатории мишени
содержат 97% плутония. Такое количество может присниться
только во сне. Уверен, что мишень не подведет.
Первый. У каждого атома есть время жизни. Атом 104-го
можно получить, но не успеть зафиксировать, если время его жиз-
ни 0,013 с, как предсказывают теоретики.
Второй. Разговор о трудностях только начинается: получить
новый элемент гораздо легче, чем зафиксировать это обстоятель-
ство и доказать, что получен тот элемент, который искали, по-
тому что ядра радиоактивных элементов гибнут прежде, чем их
успевают «поймать». Чем дальше они стоят в таблице Менделее-
ве
ва за ураном, тем меньше они живут на белом свете. Фермий —
23 ч, менделевий—1 ч, нобелий (102-й элемент)—всего 800 с.
Каков же век 104-го? Если такое время, как 800 с, вполне до-
статочно для того, чтобы поймать 102-й элемент, то уж за вре-
мя 0,13 с (это мгновение) 104-й элемент ни за что не поймаешь.
Вся надежда на то, что век 104-го длиннее, чем предсказывают
теоретики.
Первый (обращаясь ко 2-му). Напомню: мы начали просле-
живать весь этот путь с мишени. Так вот, мишень могла в са-
мом начале не выдержать и рассыпаться на куски. Это часто Слу-
чалось у американских ученых—им крепко не везло с мишенью.
К счастью, у нас такого не было.
Шестой (с дивана). Ох, дайте перевести дух! Родилось нако-
нец-то ядро нового 104-го элемента. Но как его зафиксировать?
Первый. Ядро 104-го родилось и на движущейся ленте до-
ставляется к заведующему.
Пятый. Применение стекол в качестве детекторов — изобре-
тение нашей лаборатории. Стеклодув из фарфорового стекла вы-
резает небольшие пластинки. Стекло это особенное. В нем почти
нет примеси урана. Во всяком случае, его раз в 100 меньше, чем
в обычном оконном стекле. Это очень важно. Если в стекле есть
примеси урана, то во время реакции он начинает делиться и соз-
дает ненужный фон. Стеклодув шлифует и полирует пластинки.
Применение стекол в качестве детекторов — основной принцип
поисков 104-го. Здесь нет ошибок.
Первый. Последний шаг — просмотр результатов.
Четвертый. В фотолаборатории на определенное время и
при определенной температуре заливают стекла кислотой. После
протравки рассматривают в микроскоп. Работа напряженная. На-
до просмотреть все стекла миллиметр за миллиметром. За время
опытов просматривается более 9 тыс. стеклянных пластинок.
Первый. Как показал анализ,— полный порядок.
Картина 4. Стол, пишущая машинка, листы бумаги. На сце-
не два ученика.
Первый. Написал очерк об открытии 104-го?
Второй. Подготовил материал (читает).
«Опыт шел много часов.
Звучали команды: «Включить охлаждение!» — и снегом по-
крывались трубы вакуумных установок.
— «Включить генератор!» — и накалялись лампы высокой ча-
стоты.
— «Включить магнитное поле!» — и мерно гудели металличе-
ские баки.
— «Всем уйти из опасной зоны!» — и ревели сирены.
— «Включить высокое напряжение!» Шел опыт.
Через несколько часов после опыта в лаборатории, где иссле-
довались следы на стеклах, шел такой разговор: «Ну, что, там?
Есть?» — «Ничего. Пусто». — «Тьфу, черт!» Вновь через некото-
рое время: «Ну? Есть?» — «Всего один лед!» А ждали не меньше
157
двадцати... Исследуется последняя часть стекол. «Ну? Что?
Есть?» — «Ничего радостного».
На третью ночь решили идти на риск. Рассуждали так: если
увеличить силу тока, то опыт будет короче — не сто двадцать ча-
сов, а восемьдесят или шестьдесят. Правда, может полететь ми-
шень — ну так одной мишенью будет меньше. Правда, может вый-
ти из строя циклотрон, но может и не выйти. И может много еще
чего случиться, но ведь может и не случиться!
Так думали те, кто ставил опыт за опытом в поисках нового
104-го элемента, отлично понимая, что права на риск у них нет.
Они были не одни. С ними находились лаборанты, операторы, ва-
куумщики, электрики, механики, т. е. все, кто готовил экспери-
мент и проводил его.
Они увеличили силу тока чуть ли не вдвое. И вновь знакомые
команды:
— «Включить охлаждение!»
— «Включить генератор! Включить магнитное поле!»
— «Всем уйти из опасной зоны!»
— «Включить высокое напряжение!»
Картина 5. Ученик читает газетное сообщение:
«23 августа 1964 г. в Объединенном институте ядерных иссле-
дований открыт 104-й элемент таблицы Менделеева. Авторы от-
крытия: директор лаборатории ядерных реакций, член-корреспон-
дент Академии наук СССР Георгий Николаевич Флеров и еще
восемь человек: Друин, Оганесян, Гаврилов, Кузнецов, Плотко,
Третьякова, Лобанов, Перелягин. После химической идентифика-
ции новый 104-й элемент был назван «курчатовий».
Ведущий. Мы с вами должны отчетливо представить себе,
что означает сам факт открытия нового элемента нашими уче-
ными.
— Курчатовий — это прежде всего самый мощный в мире
циклотрон для ускорения многозарядных ионов, который в сто
раз превосходит по интенсивности американские линейные уско-
рители, дает более тонкий эффект и предполагает самую совер-
шенную технологию;
— это безупречность и солидный уровень всей нашей про-
мышленности. И это самая высокая «проба» золотых рук отдель-
ных мастеров;
— это подтверждение верных теорий и предсказаний ученых;
— это передний край науки;
— это еще одно доказательство того, что можно обойтись в
получении новых элементов без подземных ядерных взрывов.
Занавес.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ................................. 3
Вопросы организации и методики проведения за-
нимательных вечеров по физике.................4
Содержание, подготовка и методика проведения
занимательных вечеров по физике в старших
классах......................................18
I. Невероятные путешествия..............—
II. Эффекты взаимодействий..............37
III. Человек и энергия...................59
IV. Красота и гармония веществ в природе 79
V. Любовь к электричеству..............96
VI. Туда, где не слышно голоса.........119
VII. Тайны световых лучей...............136
VIII. В глубинах невидимого . . . . . .153
Учебное издание
ЮФАНОВА ИРАИДА ЛЬВОВНА
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ВЕЧЕРА ПО ФИЗИКЕ
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
Зав. редакцией В. А. Обменяна
Редактор О. В. Серышева
Младший редактор О. В. Агапова
Художники Е. В. Шворак, В. Д. Соловьев
Художественный редактор В. М. Прокофьев
Редактор карты 3. И. Земнухова
Технический редактор Т. Е. Молозева
Корректор М. Ю. Сергеева
ИБ № 12382
Сдано в набор 21.06.89. Подписано к печати 31.10.89. Формат бОХЭО'/ц.
Бум. типограф. № 2. Гарнит. Литературная. П^чат* высокая. Усл. печ.
л- 10. Усл. кр.-отт. 10,5. Уч.-изд. л. 11,05. Тирад 519 000 экз. Заказ № 1106.
Цена 45 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Просвещение» Госу-
дарственного комитета РСФСР по делам издательств, полиграфии и книж-
ной торговли. 129846, Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 41.
Областная ордена «Знак Почета» типография им. Смирнова Смоленского
облуправления издательств, полиграфии и книжной торговли. 214000, г. Смо-
ленск, проспект им. Ю. Гагарина, 2.
45 к.
И.ПЮФ/!НОВ/1
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ
ВЕЧЕРА
НО ФИЗИКЕ
8СРЕШШВДЛЕ