к»;ю1Ц||1Г111.!1ВШ1|!|Ш11Ш1:в11111||11Ы11> iiiiiiiiiMiiiiiimiiuii <	.
э
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ

В СЕМИЛЕТИЕ» ШКОЛЕ
2
том II
МЕТОДИКА и ТЕХНИКА ФИЗИЧЕСКОГО
f
ЭКСПЕРИМЕНТА
2
I
i
iiniiiiimiiiHimnini HiiiimHiiiwiiiMiitiiiaiiHimiiiniiuiiiHiiWiT
Г1
ЕЛЕ
Scan AAW
АКАДЕМИЯ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ НАУК РСФСР ИНСТИТУТ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ
Е. Н. ГОРЯЧКИН
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ
В СЕМПЛЕТНЕИ ШКОЛЕ
ТОМ II
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Пособие для учителей и руководство к практикуму для учительских институтов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
МОСКВА *1948
Scan AAW
Тридцатилетию советской школы серию руководств по методике физики посвящает автор.
Москва, 1947.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА.
Настоящее пособие в его целом является серией руководств по методике физики для семилетней общеобразовательной школы, составленных автором к тридцатилетию советской школы на основе его двадцатипятилетнего опыта работы с преподавателями физики и студентами педвузов. Назначением серии является ознакомление преподавателей и будущих педагогов (студентов педагогических и учительских институтов) со всеми многообразными видами знаний и навыков, которые необходимы для успешного преподавания физики в советской школе.
В состав этой серии входят:
Том 1. Основные вопросы методики физики. Методы преподавания физики. Методические указания по темам программы по физике в семилетней школе.
Том II. Оборудование физического кабинета. Методика и техника физического эксперимента (демонстрации и лабораторные работы).
Том III. (Совместно с С. Н. Жарковым.) Лабораторная техника. .Ремесленные навыки преподавателя. Упрощенные приборы и приёмы их изготовления.
Том IV. Методика педагогического рисования на уроках физики. Техника выполнения рисунков. Обзор рисунков по темам программы семи летней школы.
Том II содержит в себе три основные части. Часть первая посвящена вопросу оборудования школьного физического кабинета. В главе первой этой части рассмотрены также некоторые специальные вопросы методики и техники эксперимента, написанные в дополнение к изложенному в т. I, §§ 7, 14 и 15, и необходимые для правильного пользования настоящим пособием. Часть вторая рассматривает вопросы методики и техники демонстрационного эксперимента в средней школе; часть третья посвящена лабораторным работам.
Поскольку т. II предназначен не только для преподавателей семилетней школы, но и для преподавателей методики физики
4
учительских институтов, то приводим некоторые указания о проведении практикума по методике и технике физического эксперимента.
1)	Степень оборудования различных учительских институтов неодинакова, поэтому в настоящем руководстве приводится описание большего количества экспериментов, чем их может проделать студент во время прохождения практикума. Действительно, только при этом условии руководитель, применительно к имеющемуся на месте оборудованию, сможет сделать подбор опытов, который оказывается нужным и возможным для обязател ьного выполнения студентами.
2)	Обучение методике и технике эксперимента нельзя сводить к постановке только тех демонстрационных и лабораторных опытов, которые непосредственно нужны при преподавании в семилетней школе. Знания преподавателя и его навыки по эксперименту должны быть более глубокими и разнообразными. Подобно тому как нельзя преподавать физику, зная её только в объёме средней школы, точно так же совершенно невозможно выучиться проводить эксперимент, проделав только те из опытов, которые преподавателю придётся показывать на уроках. Особенно полными должны быть знания и навыки по основным физическим приборам: проекционные аппараты, воздушный насос, барометры, электрические и другие измерительные приборы, аккумуляторы и т. п. Поэтому на достаточно полное описание этих приборов обращено особое внимание.
3)	Отсутствие в библиотеках литературы по методике и технике эксперимента, вызванное условиями Отечественной войны, заставило автора отказаться в значительной мере от ссылок на литературные источники и описывать большинство приборов достаточно подробно, чтобы студенты и преподаватели могли пользоваться приборами без Дополнительного чтения каких-либо других пособий.
4)	Особое внимание обращено автором на формулировку и выделение в тексте правил обращения с различными измерительными и другими приборами для создания у преподавателя твёрдых и правильных знаний и навыков в этой области.
5)	В настоящее пособие включены некоторые сведения из электротехники по вопросам: гальванические и аккумуляторные выпрямители, электрические лампочки и др., так как описание их в достаточно сжатом виде трудно найти в литературе.
Двадцатипятилетний опыт автора по работе со студентами педвузов и с учителями по повышению их квалификации показывает, что молодые преподаватели физики, только что вышедшие из стен педагогического учебного заведения, оказываются далеко недостаточно подготовленными к своей практической деятель
5
ности в школе; в частности, они не владеют нужными знаниями в области методики и техники эксперимента,а также элементарными ремесленными навыками, совершенно необходимыми каждому преподавателю физики. Условия же послевоенного времени ставят молодых преподавателей в ещё более трудное, чем обычно, положение, заставляя в некоторых случаях быть организаторами физического кабинета заново и буквально на «чистом месте», и притом в данный момент при весьма ограниченных средствах и возможностях. Это же в первую очередь ставит перед руководителем преподавания физики в учительском институте ответственную задачу по выполнению программ и притом по их духу, а не букве.
Выявляя причины плохой подготовки студентов в практическом отношении, можно, конечно, ссылаться на недостаточное количество часов, отведённых учебными планами для этой цели. Но эта причина не является основной, так как при должном использовании даже этих часов качество подготовки студентов может быть значительно выше, чем оказывается на деле.
Первое, что особенно болезненно отражается на подготовке, — это отсутствие единой системы и единого плана по всем видам работы по методике физики, приводящее к излишнему теоретизированию курса и к обособленности его как от занятий в практикуме по эксперименту, так и от проведения педпрактики. К сожалению, недостаток места в настоящем издании не позволяет на страницах, специально отведённых для преподавателя методики, хотя бы коротко коснуться вопроса о постановке преподавания методики физики в учительских институтах, и автор надеется сделать это в отдельном издании.
Вторым существенным обстоятельством оказывается отсутствие специально оборудованной лаборатории по методике и технике эксперимента, где могли бы нормально протекать все виды занятий по методике физики. Между тем, совершенно точно так же, как занятия в средней школе по физике невозможны без наличия физического кабинета, так и проведение курса методики физики и педпрактики, а тем более практикума по методике и технике эксперимента совершенно немыслимы без соответствующей лаборатории. Оборудование же подобной лаборатории — труд длительный и не малый, в чём легко убедится руководитель, когда станет осуществлять постановку работ хотя бы применительно к настоящему руководству.
• Третьей причиной, самым отрицательным образом сказывающейся на качестве практической подготовки студентов, в некоторых случаях является неправильная постановка самого практикума по методике и технике эксперимента. Нужно раз и навсегда выяснить себе, что цели занятий в этом
6
практикуме специфичны и поэтому совершенно отличны от работ в практикуме по общей физике. Если целые занятий в последнем является воспроизведение тех или иных физических явлений с .целью их наблюдения студентом или овладения им методами измерения физических величин, то в практикуме по методике и технике эксперимента задача является совершенно иной. Вовсе не для того организуется методический практикум, чтобы студент лично для .себя повторил наблюдения физических явлений (он уже не раз их видел, а то и воспроизводил при своём обучении в средней школе, на лекциях экспериментальной физики, в практикуме по физике). Целью занятий является обучение такому воспроизведению физических явлений, которое соответствовало бы методическим требованиям средней школы и обеспечивало бы построение всего педагогического процесса урока по физике на эксперименте как основной базе.
Таким образом, если студент в практикуме по физике проводит опыты исключительно лично для себя, то при занятиях методикой он изучает способы и методы, как то или иное физическое явление должно быть воспроизведено им для других, именно для учащихся средней школы, и притом в полном подчинении общим и частным целевым установкам преподавания физики в средней школе.
В настоящем руководстве автор делает попытку вывести постановку работ в практикуме на тот путь, который он считает наиболее правильным на основе своего долголетнего опыта. Руководству придан с заранее обдуманной целью характер учебника, в частности делающей его ничем иным, как специальной частью курса методики физики, трактующей об экспериментальном оснащении уроков по физике в средней школе. С этой целые, кроме описаний работ, значительное внимание уделено обзорам эксперимента по всем темам существующей программы школы для того, чтобы студенты получили сравнительно полное представление о всей той экспериментальной части, которая должна быть ими развёрнута в школе. Автор поставил себе ещё целью, чтобы в процессе работы по настоящему руководству у студента развивалось критическое отношение к вопросам методики эксперимента на основе сопоставления различных вариантов эксперимента. Достаточно серьёзное внимание уделено также автором вопросу об организации лабораторных занятий учащихся; описанию их отведена часть III настоящего пособия.
Особенностью второго тома, который во многих случаях будет служить справочником для студентов и для преподавателей физики, является обилие ссылок как в пределах одного тома, так и всех других томов этого же труда. Чтобы читатель мог без затруднений пользоваться принятой системой справок, необходимо учесть всю структуру книги.
7
Каждый том, кроме «частей», разбит на «главы», которые подразделяются на «параграфы». Каждый параграф делится на «разделы», нумерация и заголовки которых набраны жирным шрифтом.
Раздел состоит обычно из нескольких пунктов; их подзаголовки набраны разрядкой и нумерация снабжена скобками, стоящими после числа.
Каждый том имеет свою сквозную нумерацию параграфов, поэтому в ссылках указываются: номер тома (римской цифрой), номер параграфа (жирным шрифтом) и номер раздела, например, т. 15 § 5, 2, пункты в ссылках обычно не упоминаются.
Если ссылка даётся в пределах одного и того же (второго) тома, то номер тома не указывается. При ссылках в пределах одного параграфа пропускается и номер параграфа: «раздел 3» или «в разделе 5». При ссылках на дальнейший третий том указывается иногда лишь номер тома.
При ссылках на литературу применяются сокращённые условные обозначения, именно:
Ф. Э. — Галанин, Горячкин, Жарков, Пав-ша, Сахаров, Физический эксперимент в школе, т. I—VI.
X. Э. — Верховский, Техника и методика химического эксперимента в школе, т. I—II.
Ст. уч. — Фалеев и Пёрышкин, Физика. Учебник для 6—7 классов, ч. 1 и 2, изд. 9-е, 1940.
Лаб. зан. — Знаменский, Лабораторные занятия по физике в средней школе, ч. I—III, изд. 3-е, 1934.
Горячкин, «Проводка» — Как самому рассчитать и сделать электрическую проводку, изд. 3-е, 1935.
Сахаров, физика. Учебник для школ взрослых, изд. 8-е, 1940.
Ц и н г е р, Начальная физика, изд. 12-е, 1928.
Буквенные обозначения, принятые в книге:
1 — длина d — диаметр D — плотность; уд. гее I — сила тока U — напряжение, ЭДС 7? — сопротивление А — ампер V -- вольт W — ватт	kW — киловатт Q — ом г — единица массы, результата взвешивания на рычажных весах Г — единица силы и веса, результата взвешивания на пружинных весах	'
Редактирование настоящей	работы произведено С. Н. Жар-
ковым, сделавшим автору ряд ценных указаний по выправлению отдельных недочётов и неясностей, и, наконец, принявшим уча-
8
стие в .составлении разделов об ошибках при физических измерениях учащихся и библиографии.
При составлении настоящего тома автором было обращено оссбое внимание на иллюстрационный материал с тем, чтобы он соответствовал аппаратуре, выпускаемой или выпускавшейся ранее нашей отечественной промышленностью. Поэтому рисунки в настоящем томе являются в подавляющем большинстве случаев оригинальными. Выполнялись они с натуры художниками М. В. Шамариным, С. В. Филипповичем и А. И. Сайчуком. Значительную помощь при фотографировании приборов и установок оказал А. Е. Ключарев.
Просьба к преподавателям физики средней школы и преподавателям методики физики о всех замеченных недостатках сообщать по адресу: Москва, Лсбковский пер., д. 5, Институт методов обучения Академии педагогических наук, Е. Н. Горячкину.
Москва. 1947 г.	Е. Н. Горячкин
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.
ФИЗИЧЕСКИЙ КАБИНЕТ СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЫ.
Глава первая.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ И ТЕХНИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 1. Классификация школьного физического эксперимента.
Условимся понимать под термином «школьный физический эксперимент» всю ту сумму работ экспериментального характера по физике, которые приходится проделывать преподавателю и учащимся как при прохождении обязательного курса, так и при занятиях внеклассного типа. Школьный физический эксперимент может быть разделён на три основных и различных между собой вида:
1.	Демонстрационные эксперименты, или демонстрационные опыты.
2.	Лабораторные опыты, или занятия.
3.	Внеклассные занятия по подготовке учащимися демонстрационного эксперимента для проведения его учителем в классе, по подготовке и проведению опытов в кружках, по изготовлению приборов и техническому моделированию.
Все эти виды занятий служат единой цели изучения законов физики и их приложений в быту и в’технике, а также проявлений этих законов в природе. В результате такого изучения, помимо общеобразовательного значения, в известной мере достигается развитие мышления учащихся, и, кроме того, они получают ряд важнейших навыков политехнического характера (т. 1, § 5 и § 109 4).
Указанные виды школьного эксперимента весьма резко различаются между собой по своему характеру и преследуют помимо общей ещё свои специальные цели.
Демонстрационный эксперимент имеет своей непосредственной целью воспроизведение того или иного физического явления, а также ознакомление учащихся со спосо-
10
§ I
бами его получения. Роль и значение демонстрационного эксперимента были выяснены в т. I (§ 7, 1—2; § 12, 4—8 и § 15) и показаны для конкретных случаев в методических указаниях к программе. Характерно, что при демонстрациях, проводимых на уроках преподавателем, учащиеся являются только наблюдателями, и, следовательно, они остаются пассивными, в том смысле, что они не принимают участия ни в подготовке опыта, ни тем более в его проведении. Восприятие учащимися явления при демонстрациях происходит главным образом при посредстве только одного из чувств, именно — зрения и много реже слуха (акустика); все же остальные чувства (мышечное ощущение, осязание, ощущение теплоты) не участвуют в этом восприятии, хотя в некоторых случаях именно эти-то ощущения и имеют решающее значение при формировании понятий. Естественно, что учащиеся при наблюдении демонстраций никаких навыков не получают. Таким образом, демонстрационный эксперимент, являясь одним из действенных средств обучения физике, не может один решить всех задач, стоящих перед её преподаванием.
При лабораторных занятиях учащиеся являются непосредственными, или активными, участниками во всём процессе эксперимента от начала до конца, т. е. своими собственными руками в известной мере подготавливают опыт или измерение и самостоятельно воспроизводят их. Восприятия при лабораторных работах являются основанными на большем и более разностороннем числе «чувственных» впечатлений и оказываются более глубокими и полными по сравнению с восприятиями при наблюдении демонстрационного эксперимента. Поэтому, как это безусловно доказано школьной практикой, при формировании некоторых, в особенности сложных, понятий лабораторные работы играют решающую роль (т. 1, § 8, 2 и § 26, 1 и 2). Кроме того, в результате лабораторных работ учащиеся получают развитие не только своего «ума», но и своих «рук», приобретая навыки по применению приборов для воспроизведения физических явлений и для измерения физических величин. Однако по ряду причин, в том числе в целях экономии времени, при лабораторных занятиях учащиеся используют заранее подготовленную преподавателем аппаратуру и проводят работы по определённому заданному плану. Таким образом, при лабораторных занятиях обычного типа возможности для проявления, а тем более развития инициативы и конструктивных способностей учащихся крайне о г-раничены. В отличие от лабораторных занятий классного типа работы по эксперименту в кружках, будь то конструирование и изготовление приборов, подготовка опытов для демонстраций в классе или техническое моделирование, не только вооружают учащихся соответствующими знаниями и техническими навыками, но, главное, удовлетворяют особой цели, именно—широкому выявлению и развитию инициативы и конструктивных спо
$ 2
11
собностей. Все эти три вида занятий требуют различной методики и техники для своего проведения.
В настоящем томе рассматриваются вопросы, главным образом относящиеся к демонстрационным экспериментам и лабораторным занятиям. Вспросы о методике и тематике кружковой работы в основном изложены в т. 1 (§ 48—50), а также рассмотрены в т. [II, §§ 2—3.
§ 2. Взаимоотношения методики и техники физического эксперимента.
Для проведения опыта преподаватель подбирает необходимые приборы, иногда составляя из них более или менее сложные установки, и затем проделывает с ними ряд определённых манипуляций для воспроизведения тех или иных физических явлений. В некоторых случаях преподавателю приходится изготовить своими силами нужный прибор по какому-либо образцу или по описанию, а то и придумывать самостоятельно конструкцию прибора. Всё это требует от преподавателя некоторой суммы знаний: устройства приборов, правил обращения с ними и т. п., а также определённых навыков, и составляет техническую сторону эксперимента.
Таким образом, к технике физического эксперимента должны быть отнесены вопросы о соответствующем подборе или изготовлении аппаратуры и о применении таких способов и приёмов использования её, чтобы: 1) оказался исключённым какой-либо риск нанесения вреда приборам и 2) физическое явление было воспроизведено наилучшим образом как с качественной, так и количественной стороны.
Однако при постановке и проведении экспериментов в школе нельзя ограничиваться только одной задачей о воспроизведении явления как такового. Надо уяснить себе раз и навсегда, что несмотря на исключительно важное значение эксперимента в курсе физики семилетней школы, он никогда не может явиться самоцелью, а должен служить лишь средством для обеспечения педагогического процесса, т. е. для решения задач, стоящих перед преподаванием физики. Поэтому во время предварительной подготовки к уроку преподаватель определяет, что именно должно быть показано и для какой цели предназначена данная демонстрация или лабораторная работа. Такая целевая установка позволит выяснить, каким образом, а следовательно, и с какими средствами явление необходимо продемонстрировать; иными словами, позволит уточнить не только содержание, но определить форму эксперимента, а также технику проведения его.
Воспроизведение того или иного физического явления может отличаться значительной степенью глубины и полноты, а также
12
§ 2
выделением всех сторон действительного физического процесса, или же явление показывается в схематизированном и упрощенном виде. Так, например, демонстрация на закон Ома может быть сведена к рассмотрению явления для участка, а не для всей цепи; демонстрация принципа действия аккумулятора — к образованию перекиси свинца на анодной пластинке без рассмотрения изменений в свинце на катоде; демонстрация отражения и преломления параллельных лучей —к пересечению их в главном фокусе; демонстрация весового давления на дно—для сосуда с вертикальными стенками и т. п.
Степень схематизации и упрощения физического явления при его воспроизведении всецело определяется требованиями педагогического процесса, для которого этот эксперимент является базой для построения известных заключений. Эти же требования формулируются исключительно методикой преподавания физики—• отсюда полное подчинение картины воспроизводимого явления методическим целям.
Наконец, в процессе обучения физике ни в коем случае нельзя ограничиваться одним воспроизведением явления без изучения тех средств и способов, какими оно получено. Это второе требование методики имеет определяющее значение для техники постановки и проведения опытов.
Эти два основных требования методики иногда позволяют легко подобрать необходимый комплект аппаратуры и определить технику воспроизведения явления; в отдельных же случаях они, вступая между собой в некоторое противоречие, приводят к необходимости разрешить далеко не простые задачи технического и методического характера. Действительно, в ряде случаев упрощение аппаратуры, предпринимаемое в целях достижения доступности для понимания принципа её действия и устройства, неблагоприятно отражается на качестве воспроизводимого явления. Поэтому задачей методики и техники школьного физического эксперимента является создание или подбор такой аппаратуры и применения таких технических приёмов, чтобы с возможно более простыми средствами достигнуть такого воспроизведения явления, на основе наблюдения которого могли быть построены соответствующие выводы. Таким образом, методикой определяется техническая сторона эксперимента, понимая под этим и устройство применяемых приборов.
Будущему преподавателю далеко недостаточно овладеть только одной техникой школьных опытов (что сделать сравнительно просто), т. е. приобрести уменье в обращении с физическими приборами с целью демонстрации опытов, но необходимо научиться точно формулировать методические цели, которые преследуются при данном эксперименте с тем, чтобы всецело подчинить им техническую сторону, иногда вплоть до устройства приборов.
£ 3
13
Нужно также иметь в виду, что только при критическом отношении ко всей, даже общепринятой, аппаратуре и к приёмам использования её молодой преподаватель сможет стать не только образцовым педагогом, но и подняться выше того уровня, до которого достигла методика сегодняшнего дня. Преподаватель же рутинёр при проведении курса физики слепо идёт проторённой другими дорогой, предрешённой официальным учебником, и не рискует производить «переоценку ценностей», несмотря на своё безусловное право на сколь угодно оригинальное решение методических задач для достижения максимальной эффективности преподавания. Следует обратить внимание, что в учебниках и методических пособиях иногда используются некоторые эксперименты, являющиеся общепринятыми, которые, однако, в методическом отношении не выдерживают критики. Особенно ярким примером из числа таких экспериментов является обычная демонстрация электромагнитной индукции с индукционной катушкой (рис. 392). Вопрос о проведении демонстрационного эксперимента для указанного явления подробно рассмотрен в § 50, 5, где показано, какое определяющее значение имеет методика для техники эксперимента', поэтому этот конкретный пример следует подвергнуть тщательному изучению. В рассматриваемом случае методические требования приводят не только к изменению общепринятой техники воспроизведения опыта, но заставляют сделать переключения проводов внутри демонстрационного гальванометра (рис. 323), а главное изготовить своими силами индукционную катушку совершенно иного типа (рис. 40).
Молодой советский педагог должен, тщательно изучив опыт других учителей и методистов и всемерно использовав его, искать наилучших методических путей в решении задач преподавания физики, проверяя эти пути при своей работе в классе и внося в них соответствующие коррективы. Таким образом он сможет постепенно создать своё собственное методическое «кредо» и во многом способствовать дальнейшему развитию методики физики как науки.
§ 3. Демонстрационный эксперимент.
В томе I (§ 7, 2; § 12, 6; § 15 и в методических указаниях к программе) были подробно выяснены роль и значение демонстрационного эксперимента при преподавании. Поэтому здесь мы рассмотрим только важнейшие требования, которые предъявляются к школьным демонстрационным опыта^м и оказывают влияние на технику их проведения.
1)	Обеспечение видимости. Очевидно, что физическое явление, показываемое преподавателем, должно быть совершенно ясно видимым для всех без исключения учащихся, в том числе и для сидящих в наиболее отдалённых местах класса.
14
§3
Таким образом, первым основным требованием к физическому демонстрационному эксперименту служит обеспечение видимости явления и притом со всеми подлежащими изучению деталями процесса. Демонстрационный эксперимент, как бы он ни был совершенен в других отношениях, не выдерживает никакой критики, если учащиеся не столько видят демонстрируемое явление, сколько догадываются о нём, на основании объяснений преподавателя. Молодой начинающий педагог вряд ли недооценивает значение видимости; однако ему свойственно заблуждение, благодаря которому ему кажется, что это явление хорошо видят все учащиеся, если он сам его отчётливо видит. Недаром опытный педагог, заранее обеспечив должную видимость, всё же проверяет её, обращаясь к отдельным учащимся с предложением описать увиденное ими явление; это делается не только с тем, чтобы узнать, как оно воспринято, но для выяснения видимости явления. В некоторых случаях недостаточно ограничиваться обеспечением видимости демонстрируемого явления; надо того же достигнуть в отношении всей установки опыта в целом, когда рассматривается вопрос о средствах получения данного явления и изучается применяемая аппаратура. Иногда обеспечение видимости достигается сравнительно простыми средствами и способами; в других же случаях представляет собой трудно разрешимую, а то и вовсе ещё не решённую задачу. Вопрос об обеспечении видимости демонстраций ставится во главу угла настоящего руководства и подробно рассматривается в дальнейшем (§ П).
2)	Упрощенные прибо ры. Второе основное методическое требование, предъявляемое к демонстрационному эксперименту, заключается в достижении нужного результата воз-можно более простыми способами и средствами', важно, чтобы преподавателю приходилось затрачивать наименьшее количество времени на выяснение учащимся устройства аппаратуры и процесса получения данного физического явления. При этом надо руководствоваться тем обязательным условием, чтобы качество демонстрируемого явления отнюдь не оказалось сниженным за счёт допущенных упрощений в аппаратуре. В тех случаях, когда имеется возможность вовсе обойтись без специальных приборов, следует прибегать именно к такому способу. Правильный подбор аппаратуры может быть достигнут преподавателем после изучения ряда вариантов демонстрации по данному вопросу, на которые указывает методика эксперимента. Действительно, каждое физическое явление может быть продемонстрировано несколькими способами с самой разнообразной аппаратурой. Поэтому перед постановкой опыта необходимо изучить эти способы с тем, чтобы выбрать из них такой вариант, который прежде всего соответствует методической установке и в то же время осуществляется с помощью наиболее упрощенных при
§ 3 15
боров. Так, например, демонстрацию на закон Архимеда можно произвести многими способами, в том числе так, как это описано в § 29. В одном из вариантов применяются технические весы и прибор, называемый ведёрком Архимеда (рис. 181); в другом— весы Беранже и отливной стакан (рис. 182) и в третьем—динамометр и ведёрко (рис. 183). Наилучшим в методическом отношении из этих вариантов является третий; при этом не столько потому, что он обеспечивает хорошую видимость, сколько по той причине, что объяснение устройства и действия прибора требует минимального времени и без труда воспринимается учащимися.
Идеальным прибором должен явиться такой, устройство и действие которого становились бы при соответствуюгцих объяснениях понятными для учащихся чуть ли не с одного взгляда. Это методическое требование недостаточно выполняется промышленностью, выпускающей учебные пособия; только в последние годы наблюдается благоприятный для школы сдвиг производства в этом отношении. К числу приборов, приближающихся в какой-то мере к совершенному типу, должны быть отнесены, например: демонстрационный гальванометр (рис. ИЗ); модель водяной турбины Пельтона (рис. 87); прибор для демонстрации на закон Архимеда (рис. 183); модель механизма двигателя внутреннего сгорания (рис. 85); модель нагнетательного насоса (рис. 90); электрометр Брауна (рис. 293); демонстрационный динамометр (риС. 105) и др. У этих приборов сравнительно ясно видны их отдельные части, и нетрудно установить взаимоотношения частей при действии прибора. Однако, таких приборов сравнительно немного; во всяком случае их недостаточно чтобы обеспечить весь необходимый эксперимент при прохождении курса физики.
Поэтому квалифицированный преподаватель, как правило, широко применяет при своей работе уп рошенные приборы, отказываясь в некоторых случаях от имеющихся у него покупных. Естественно, что эти упрощенные приборы преподавателю приходится изготавливать своими силами и средствами, почему их называют также «самодельными». Однако надо иметь в виду, что не всякий самодельный прибор является в то же время упрощенным; в основу его конструкции не положена идея, заключающаяся в выявлении устройства и действия прибора. Методика физики, выдвигая требование о применении приборов упрощенного типа, вовсе не настаивает на том, чтобы они обязательно являлись самодельными. Следует даже как раз предостеречь от наблюдавшейся иногда тенденции проводить курс физики чуть ли не исключительно на самодельных приборах, отказываясь от покупных. Существовали попытки в отдельных статьях и даже в методических руководствах рекомендовать создание целых кабинетов из бросового материала, но такая точка зрения не выдерживает критики и представляет собой один из видов методических извра
16
§3
щений. Кстати заметим, что такие руководства в целом заслуживают внимания, так как могут и должны быть использованы в тех случаях, когда преподавателю необходимо показать явление, а нужных приборов в кабинете нет. Чтобы выяснить преимущества упрощенного прибора, сравним демонстрацию «расширения твёрдых тел от нагревания» при помощи пирометра (рис. 256) и путём простейших приёмов, показанных на рисунке 251 (§ 36, 2). Несмотря на то, что стрелка пирометра даёт отклонение на больший угол, всё же следует предпочесть упрощенный прибор. Действительно, для обнаружения удлинения в пирометре применена система двойного рычага, требующая длительных объяснений, совсехМ не простых для ученика 6 класса, в то время в упрощенном приборе действие рычага почти не нуждается в пояснении.
В качестве примеров упрошенных приборов, заслуживающих особого внимания, можно провести следующие опыты: подъём человека «дуновением» (рис. 190); кипение воды под уменьшенным давлением (рис. 285); зависимость выталкивающей силы от объёма тела и вещества жидкости (рис. 180); капиллярное поднятие воды между стёклами (рис. 227) и многие другие. На рисунках 1 —2 показаны применения некоторых особенно упрощенных приборов, не требующих никаких ремесленных навыков для сво-
Рис. 1. Использование предметов обихода (стул, щётка, бутылка) для демонстрации действия электрической силы.
S3
17
Рис. 2. Использование табуретки и полотенца для демонстрации инерции покоя.
его изготовления: обнаружение электрической силы с помощью половой щётки (рис. 1); инерция покоя, демонстрируемая посредством полотенца и стула (рис. 2). Упрощенные приборы, нуждающиеся в предварительном изготовлении, изображены на рисун-
Железо
МедЬ
Рис. 3. Упрощенный прибор для сравнения теплопроводности железа и меди.
При нагревании соответствующие восковые шарики отпадают на медном стержне много раньше, чем на железном.
2 Е. Н. Горячкин
18
§3
ках 3—6: прибор для сравнения теплопроводности железа и меди по отпаданию восковых шариков (рис. 3); жестяная полоска для изучения отражения от плоских и цилиндрических зеркал (рис. 4); применение картофеля для опытов и в приборах (рис. 5); прибор для наблюдения движения проводника в магнитном поле (рис. 376); модель паровой турбины (рис. 6).
Рис. 4. Опыты с полоской из жести для наблюдения отражения лучей от зеркал. На полоску нанесены чёрным лаком полосы. Полоску освещают параллельными лучами. 1 — Отражение от плоского зеркала. II — Отражение от цилиндрического выпуклого зеркала. III — Отражение от вогнутого зеркала.
В описанных далее работах приведено достаточное количество примеров рационального применения упрощенных приборов.
3)	Кратковременность. Так как в педагогическом процессе буквально дорога каждая минута, то при проведении
опытов надо стремиться к тому, чтобы они занимали наименьшее время; однако это не должно идти в ущерб качеству показываемого явления и тому времени, которое необходимо для восприятия самого явления. Таким образом, здесь речь идёт не о снижении времени демонстрации как таковой, т. е. времени наблюдения самого явления, а о необходимости сократить до минимальной величины время подготовки опыта. Так, например, из вышеприведённых демонстраций на закон Архимеда следует предпочтение отдать третьему варианту с динамометром, так как этот вариант для проведения всего опыта в целом требует наименьшего времени (рис. 45).
Рис. 5. Рациональное применение картофеля для некоторых демонстраций и домашних опытов по физике.
1 — Картофельный пистолет. /7—Модель пространственной решётки. Ill — Кубической сантиметр. IV — Тело для работ на закон Архимеда. V — Ареометр. VI — Обнаружение выталкивающей силы. VII — Плавание на границе двух жидкостей. VIII — Полюсоискатель.
2*
20
§3
Рис. 6. Модель активной паровой турбины из консервной банки.
тановка опыта в его целом,
4)	Выразительность и эмоциональность. Опыт можно считать выразительным тогда, когда из него легко становится ясным самое существо явления или та или другая подробность, которая является в данное время предметом изучения. У неопытного преподавателя, не учитывающего психологические особенности учащихся семилетки и степень их развития, нередки такие демонстрации, при которых ученики «из-за деревьев не видят леса». Так, например, если демонстрации на закон Архимеда показать с весами Беранже, то цель ознакомления с законом не будет достигнута (рис. 182): установка настолько сложна и требует стольких предварительных объяснений, что выявление основного вопроса покажется весьма трудным и длительным делом.
Демонстрируемые опыты должны быть также достаточно эмоциональны для возбуждения того чувства «удивления», впечатления «необычности», о которых говорит в «Основах общей психологии» проф. Рубинштейн и которые нужны для возникновения «проблемной ситуации» (см. т. I, § 12, 6). Обычно, чем проще ус-чем выразительнее сам опыт, тем
большей эмоциональностью обладает демонстрация.
5)	Демонстрационный эксперимент должен удовлетворять требованиям техники безопасности, о чём — см. в § 5. Преподаватель при проведении опытов самым строжайшим образом обязан соблюдать правила лабораторной культуры, что является необходимейшим условием для воспитательных целей (§ 4).
В итоге из всего сказанного здесь и в §§ 1—2 вытекает следующее правило.
Приступая к постановке демонстрации, прежде всего необходимо совершенно точно установить цели опыта, т. е. выяснить, как данное воспроизводимое явление должно и может быть использовано в педагогическом процессе. Дальнейшая подготовительная работа сводится к изучению по соответствующим пособиям по методике и технике эксперимента различных вариантов опыта. Тот вариант, который удовлетворяет в наибольшей мере поставленной цели и указанным выше требованиям к демонстрациям, т. е. нуждается в наиболее простой аппаратуре и, кроме
§ 4
21
того, обеспечивает необходимые видимость и «кратковременность», может быть принят за основу. Выбранный вариант подвергается всесторонней критической оценке, в том числе со стороны его выразительности и эмоциональности; в процессе практической подготовки опыт может испытать те или иные изменения, прежде чем получит своё окончательное оформление. Казалось бы, что повторив подготовленный опыт на том самом месте, где он будет демонстрироваться при таких же условиях освещения и т. п., и удостоверившись, что видимость и другие качества обеспечены, можно было бы закончить на этом подготовку. Однако это далеко не так, потому что наиболее правильным критерием для оценки демонстрации в методическом отношении является проверка её в процессе урока, показывающая, как опыт воспринят учащимися и в какой мере он удовлетворил поставленным целям, т. е. или послужил базой для обобщений, или же выполнил свою иллюстративную роль.
§ 4.	О лабораторной культуре.
Перед преподавателем физики, как и каждым педагогом, стоят задачи не только обучения своему предмету, но и не менее важные —. воспитательные. Оставляя в стороне вопрос о значении курса физики в воспитательном отношении вообще, остановимся на одном вопросе: о воспитании в учащихся лабораторной культуры.
Основным условием для успеха работы в этом направлении являются: 1) содержание преподавателем физического кабинета и в частности коллекции приборов в образцовом порядке; 2) бережное отношение к сохранению социалистической собственности и 3) неукоснительное выполнение самим преподавателем основных правил лабораторной культуры. Если кабинет находится в беспорядке, приборы хранятся кое-где и кое-как и к тому же ещё в неисправном состоянии, если вообще отсутствует некоторый культ чистоты и порядка, если сам преподаватель неряшливо ведёт производство опытов и небрежно выполняет элементарные требования лабораторной культуры, то ни о каком воспитании учащихся, конечно, не может быть и речи. Основные требования лабораторной культуры, помимо содержания кабинета в образцовом порядке, сводятся к следующим положениям:
1)	Опрятность. Как демонстрационный стол, так и приборы, применяемые для опытов, должны быть совершенно чистыми от пыли, а тем более от грязи. Недопустимо пользование недостаточно хорошо промытой стеклянной посудой, мутными непро-фильтрованными растворами и т. п. Чем чаще преподаватель станет применять полотенце для пыли, тем лучше. Отдельные приборы должны с внешней стороны иметь опрятный вид. Поэ
22

тому приходится время от времени удалять с приборов пыль, чистить мелом никелированные части и промывать стеклянные, подкрашивать различные детали при порче на них краски. При изготовлении упрощенных приборов надо позаботиться об их опрятном виде, из какого бы простого материала они ни были сделаны.
Учащиеся должны на каждом шагу воочию убеждаться, что содержание физических приборов в безукоризненной чистоте — такая же необходимость, как подобное же отношение к посуде, одежде и другим предметам в бытовых условиях.
2)	Каждая установка опыта в его целом должна являться образцом строгого порядка, что прежде всего сказывается в расположении приборов на демонстрационном или лабораторном столе. В частности, недопустимо применение в качестве подставок и подкладок случайных предметов (книг, кирпичей, ящиков от стола и т. п.); в надлежащих случаях необходимо пользоваться специально на то предназначенными приспособлениями и приборами (§ 12, 1—6, рис. 48). При сборке электрических установок недопустимо хаотическое расположение проводов. При этом для соединений должны применяться специальные гибкие провода, сделанные, например, из расплетённого шнура от электрического освещения и снабжённые па концах вилочками (рис. 289).
3)	Проливание на демонстрационный или лабораторный стол воды, а тем более растворов кислот и других хими-калиев — проступок со стороны работающего с ними. Особенно крупным будет этот проступок в случае пролитой ртути. Действительно, ртуть является не только дефицитным и дорогим продуктом, но и ядовитым, так как из щелей и углублений, куда она затечёт, она станет долгое время давать вредные для здоровья пары. Поэтому при всех работах с жидкостями, а тем более со ртутью необходимо употребление кювет или подносов, куда следует помещать прибор (рис. 203 и 315).
4)	Некоторые физические приборы требуют соблюдения определённых правил при переноске и установке их, а тем более при пользовании ими. Эти правила изложены при описании соответствующих приборов (§ 15, 5 и 6; § 17, 2). Особенно важно соблюдение строго определённых навыков и неукоснительное выполнение правил при различного рода измерениях. Преподавателю, хотя бы один раз допустившему на глазах у учащихся нарушения этих правил, никогда не добиться выполнения их учащимися при лабораторных занятиях. Совершенно недостаточно поставить в известность учащихся об этих правилах; преподавателю необходимо в течение всего курса физики прививать определённые культурные навыки обращения с физическими приборами, самому являясь при этом образцовым примером.
S °, i-з
23
§ 5.	О технике безопасности.
Преподаватель отвечает за все несчастные случаи, которые могут произойти с учащимися во время занятий физикой. На нём же лежит ответственность за всякую порчу имущества кабинета. Преподаватель обязан знать основные правила безопасности и не только сам соблюдать их, но и следить за выполнением учащимися этих правил. К числу вопросов техники безопасности относятся:
1.	Пожарная опасность от горелок (керосинки, спиртовки) возникает при неправильном пользовании и уходе за ними (§ 18, 2—6). Вполне возможно возгорание жидкого топлива со всеми вытекающими отсюда последствиями. Разлитый горящий керосин ни в коем случае нельзя гасить водой и применять огнетушитель обычного типа. Поэтому в кабинете необходимо иметь пенный огнетушитель и шерстяное одеяло; последнее нужно для накидывания на горящую жидкость. Полезно также хранить на видном месте ведро с песком.
2.	Пожарная опасность от электрического тока возможна при неисправном состоянии предохранителей, заменяемых обычно жилками от проводов. При перегрузке проводов, т. е. пропускании по ним тока выше предельного, возникает перенагревание их и разрушение резиновой изоляции, превращающейся в хрупкую растрескивающуюся массу. Разрушение изоляции рано или поздно приведёт к коротким замыканиям, которые при неисправности предохранителей вызовут возгорание проводов. В случаях такого несчастья первым делом необходимо выключить ток и затем тушить загоревшуюся изоляцию. Иногда происходит возгорание соединительных проводов в установках, что, например, сравнительно часто случается при питании вольтовой дуги' то-ком (20—30 А) посредством сравнительно тонких проводов (0,75— 1,5 мм2). Сигналом о перенагревании проводов служит лёгкий запах нагретой резины. При появлении запаха преподаватель должен тотчас же выключить ток, найти участок, где происходит перенагревание, и заменить провода более толстыми. Как правило, преподаватель не должен оставлять без присмотра в кабинете (тем более на ночь) включённых в цепь приборов (плиток, заряжаемых аккумуляторов и т. п.).
О нормах нагрузки проводов и предохранителях — см. Ф. Э., т. Ill, § 1, 2.
3.	Опасность электрического тока для человека возможна непосредственно не только При напряжении в 220 V, но и в 120 V. Как правило, все открытые токопроводящие части должны быть снабжены соответствующими ограждениями: кожухи на рубильниках (рис. 7,1), реостатах и пластинчатых предохранителях (рис. 7,11); изолирующая оболочка на клеммах. Рубильник, выключающий ток во всей лаборатории, следует располагать в не
24
§ 5, 4-5
доступном для учащихся месте, например в препаровочной, и включать ток только на то время, когда он действительно нужен. Для работ учащихся с током освещения его желательно трансформировать до напряжения 12 V—20 V. Нельзя прибегать для определения, имеется ли в цепи ток, к способу, заключающемуся в прикосновении пальцами к проводам. Определение на ощупь — лихачество, которое может привести к тяжёлым поражениям человека током. Следует учесть особую опасность электрического тока при прикосновении к одному из проводов осветительной сети, если человек стоит на мокром полу или касается в это время труб водопровода или отопления.
Рис. 7. Ограждение на распределительном щитке токопроводящих частей.
4.	Отравления осветительным газом и окисью углерода возникают: первое — при неисправности труб (§ 7, 3) и второе — при неправильном горении газовых горелок (§ 18, 2). При появлении запаха газа в классе учащихся надо удалить, открыть окна или форточки и закрыть кран на магистральной трубе газопровода.
5.	«Взрывы» могут произойти при разбивании маломощных (пустотных) электрических лампочек, сосудов Дьюара, электронных ламп и других пустотных приборов, почему они и требуют осторожного обращения с собой. Кроме того, следует иметь в виду «взрывы» при раздавливании плоского стекла атмосферным давлением (§31) и при опыте «кипение под уменьшенным давлением». В последнем случае взрыв, как правило, получается при употреблении не кругло-, а плоскодонной колбы (§ 39). При всех указанных выше «взрывах» осколки стёкол летят внутрь сосуда и только частично разбрасываются в стороны; поэтому они вызывают опасность поражения для преподавателя, а
§ 6,6-, § в, 1
25
не для учащихся. Более опасного типа взрывы могут произойти при получении пара, если пароотводящие трубы окажутся засорёнными; поэтому перед опытом всегда следует продуть трубки, чтобы убедиться в их проходимости для пара. Наиболее же опасными являются взрывы при демонстрации горения водорода, к которому по неосторожности преподавателя оказался подмешенным воздух (§ 44). Наконец, надо особенно иметь в виду лёгкую воспламеняемость бензина и эфира, пользоваться которыми в присутствии даже сравнительно далёкого пламени безусловно нельзя.
6.	Ожоги вполне возможны, особенно при занятиях учащихся в технических кружках. Ожоги вызываются не только пламе-, нем или нагретыми телами, но также кислотами и щелочами. В случае ожогов кислотами — применять раствор соды и при ожогах щелочами — слабый раствор уксусной эссенции или, что то же, уксусной кислоты.
При физическом кабинете необходимо иметь и бережно хранить на видном месте маленькую аптечку, содержащую два-три индивидуальных пакета, бинты для перевязок, гигроскопическую вату, жёлтую мазь от ожогов, 20—30 см3 иодной настойки, 1 л раствора соды и 300—500 см3 слабого раствора уксусной эссенции. Чем реже в практике преподавателя окажется использованной аптечка, тем лучше, но отсутствие её может заставить его впоследствии горько раскаиваться в своей непредусмотрительности.
Глава вторая,
ОБОРУДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО КАБИНЕТА.
§ 6.	Помещение и мебель.
1.	Состав физического кабинета. Состояние физического кабинета является одним из определяющих условий для правильной постановки преподавания физики в данной школе, так как без экспериментальной базы проведение курса физики немыслимо для современного советского педагога. Не только при полном отсутствии кабинета, но и при его неудовлетворительном состоянии нельзя показать должного количества опытов, провести нужные лабораторные работы, организовать внеклассные занятия; отсутствие всего этого приводит к возврату отжившего «классического курса меловой физики», к господству голого формализма и сплошной догмы. Создание кабинета, если он отсутствовал, или его усовершенствование, когда он имеется, — первоочередная задача каждого советского педагога-физика, руководящегося «духом и смыслом, а не буквой» требований, формулируемых программой.
26
£	2
При организации кабинета надо твёрдо помнить, что ни постановка достаточного количества демонстраций, ни систематическое проведение лабораторных работ, ни правильная организация внеклассных занятий по физике, ни нормальное развитие и усовершенствование кабинета невозможны, если для кабинета отведено помещение, состоящее всего-навсего лишь из одной комнаты — обычного класса. Это тем более важно, что в последнее время в некоторых школах-семилетках физический кабинет используется для занятий биологией и химией. Действительно, совмещение в одном помещении хранилища приборов и лаборатории-класса прежде всего приведёт к значительному уменьшению полезной площади, и без того небольшой по своей величине. Кроме того, при хранении приборов в классе невозможно пользование ими для предварительной подготовки экспериментов, когда в классе идут занятия. Мало того, преподаватель для подготовки опытов к очередным урокам должен располагать специальным местом с тем, чтобы оттуда переносить на демонстрационный стол во время немногих минут перемены подготовленную аппаратуру, а то и целые установки. Ясно, что такое место выделить в классе-лаборатории, уже перегружённой хранилищем, нет возможности; организовать же демонстрацию, доставая одновременно приборы из шкапов, далеко не всегда удаётся, как ни был бы педагог опытен в области эксперимента. Наконец, без наличия, хотя бы примитивно оборудованной, мастерской нет возможности не только изготавливать, нои ремонтировать испортившиеся приборы.
Уже одни эти, далеко неполные, соображения определяют безусловную необходимость для физического кабинета располагать двумя смежными помещениями. Одно из них, большее по площади, будет служить местом для проведения уроков по физике, в частности для лабораторных и внеклассных занятий. В другом, меньшем по площади, устраивается хранилище приборов и отводятся места для подготовки опытов и для мастерской, а также ставится письменный стол для занятий преподавателя и шкап с книгами. Это помещение должно быть соединено дверью с классом-лабораторией.
2.	План кабинета. Планы размещения в кабинете могут быть различными в зависимости от величины и формы площади. На рисунке 8 изображён план типичного размещения, который должен быть принят за основу, но может быть изменён в зависимости от условий. В лаборатории-классе устраивается эстрада для помещения на ней демонстрационного стола, расположенного на расстоянии примерно 90—100 см от стены с классной доской (§ 6, 5; рис. 12). Столы для учащихся ставят в два ряда так, чтобы ширина проходов между ними была равна: у центрального — около 1 м и боковых — около 60 см. Если считать но 4 места на каждый стол, то при десяти столах вместимость лаборатории
£ в, 3
27
достигнет 40 учащихся. Стол для демонстрационного фонаря хра-
нят на месте, показанном на плане пунктиром, и устанавливают при демонстрациях в среднем проходе. Но при такой установке фонарь в некоторой мере заслоняет демонстрационный стол, по-
чему проектирование иногда рекомендуют вести на экран, расположенный сбоку, и убирать
один из столрв первого ряда, освобождая тем самым место для проектора (рис., 12).
В препаровочной комнате мебель может быть расположена так, как указано на плане рисунка 8. Шкапы ставят по стенам, оставляя лишь место для верстаков — слесарного и столярного. Стол для подготовки демонстраций может быть помещён посередине комнаты; однако, рациональнее поставить его тоже к стене, а на середине расположить шкап в виде двухсторонней витрины. Само собой разумеется, что нет никакой возможности указать совершенно точно размещение мебели и рабочих мест в препаровочной, поскольку в планах школ нет единообразия, и до сего времени ещё не разработан стандарт оборудования мебелью физических кабинетов. План размещения — дело преподавателя; допущенные в пла-
Ш к а п ы
Стол
Эксперим.стол у
Рабоч стол
Рабоч.стол
Рабоч стол
Рабоч. стол
Рабоч. стол
Шк
Рабоч. стол
Рабоч стол
Рабоч. стол


а п ы
I
не погрешности выяснятся в процессе работы, и их нетрудно будет исправить соответству-
Рис. 8. План размещения в физическом кабинете.
ющей перестановкой.
3.	Шкапы для хранения приборов и материалов. Из многочисленных типов пристенных шкапов для физических приборов заслуживает наибольшего внимания, показанный на рисунке 9, I. Верхние дверки у него ,застеклены, что ведёт к некоторому упрощению по отысканию нужных приборов, нижние — сделаны глухими. Нижняя половина шкапа делается глубиной около 60— 70 см, верхняя на 15—20 см уже. В нижней половине обычно устраивают одну полку, в верхней — две или три полки. Для мелких вещей полезно устроить между основными полками по одной узкой, располагая её у стенки. В крайнем случае могут быть
28
§0,4
Рис. 9, I. Шкап для приборов.
использованы «стандартные» канцелярские и бытовые шкапы (рис. 9, II).
Для помещения среди комнаты должен быть рекомендован шкап в виде двухсторонней витрины (рис. 10). Для посуды и материалов желателен шкап, по внешнему виду подобный шкапам для приборов, но менее глубокий и в верхней половине разделённый на ячейки, а в нижней — снабжённый многочисленными ящиками самого разнообразного размера. Такой шкап по-
Рис. 9, II. Бытовые шкапы, используемые для хранения приборов.
зволит содержать в большом порядке как посуду, так и многочисленные мелкие приборы и материалы. Лучшим шкапом для хранения книг является шведско-американский.
4.	Столы. Стол для подготовки эксперимента в отличие от обычных должен быть более тяжёлым и устойчивым, а также иметь прочную крышку, собранную из досок толщиной в 4—5 см. Крышку стола весьма желательно, во избежание её порчи от слу-

29
Рис. 10. Шкап-витрина для приборов.
чайно пролитой воды, обить или оклеить сверху линолеумом. Размеры стола зависят от помещения и планировки в нём и могут быть легко определены самим учителем, в зависимости от условий. В препаровочном столе желательно устроить несколько ящиков. Столы для учащйхся большей частью делают длиной до 200—220 см при ширине в 60—65 см (рис. 11). Для поддержания порядка в расположении рекомендуется эти столы закрепить на полу посредством ’ небольших планок. Тогда столы в случае надобности можно поднять вверх и освободить их, но без этого сдвинуть в сторону нельзя. В качестве сидений для учащихся желательны табуретки, которые при некоторых лабораторных работах легко убирать под столы.
5.	Оборудование места для проведения демонстраций. Так как при прохождении курса физики в школе проведение соответствующих опытов имеет
существенное значение, то организация места для демонстраций служит необходимейшим условием для правильной постановки преподавания. Действительно, одной из основных задач преподавателя является создание таких условий при проведении опытов, чтобы демонстрируемые им физические явления оказались со всей • отчётливостью видимыми из любого места класса, что представляет из себя далеко не простую задачу. Обеспечение видимости, которое ставится во главу угла при проведении демонстраций, предъявляет жёсткие требования к тому месту, с которого проводятся демонстрации. Преподавателю раз навсегда надо создать такие удобства при проведении опытов, чтобы на все необходимые виды подсобных работ (включение тока, получение нужного затемнения или дополнительного освещения, наливание воды, пуск в ход проекционных установок и пр.) тратилось минимальное количество времени. На это обстоятельство начинающий преподаватель обращает обыкновенно мало внимания, что ведёт к непроизводительным потерям времени и к понижению качества демонстраций.
Оборудование места для демонстраций составляет первоочередную задачу преподавателя и со всей настойчивостью должно быть им осуществлено, если не в самом начале организации кабинета, то в течение ближайшего года своей работы. На рисунке
30
§	5
Рис. И. Установка шкапа с приборами у задней стены класса.
12 показано нормальное (но далеко не идеальное!) оборудование места для демонстраций. На эстраде, или помосте, расположен специально приспособленный демонстрационный стол. Сзади стола на стене помещены со стороны окна распределительный щит электрического тока, посередине — классная доска, справа — над дверью, ведущей в препаровочную, спускной экран А для проектирования фильмов, диапозитивов, опытов и т. п. Про-
Рис. 12. Эстрада, демонстрационный стол и другие установки при образцовом оборудовании класса.
§6, 6
31
тив этого экрана устанавливается стол проекционного фонаря. Второй спускной экран помещается в свёрнутом виде с левой стороны над классной доской и используется для теневого проектирования и иных целей. Справа от доски установлены выключатели, позволяющие выключать и включать освещение лаборатории. Оснащение демонстрационного стола составляют: раковина с подведённой к ней водой, краны светильного газа и клеммы 1и2 для включения'электрического тока, о чём см. раздел 6.
6.	Демонстрационный стол. Так как пол в лаборатории представляет собою горизонтальную плоскость, то для обеспечения видимости необходимо, чтобы демонстрируемые приборы оказывались расположенными на должной высоте и чтобы все учащиеся могли видеть их со своего места, не только не вставая, а и не откло-
Рис. 13. Демонстрационный стол.
няясь в сторону от своего нормального положения. С этой целью демонстрационный стол располагают на специально сделанном помосте (или эстраде) высотой в 30—40 см, снабжённым ступеньками справа и слева от стола. Сам демонстрационный стол делается выше обычных столов примерно на 15—20 см, отчасти с указанной выше целью, но главным образом для большего удобства в работе экспериментатора (рис. 13). Длина крышки стола берётся равной 2 м, ширина 60—70 см. Крышку стола надо обить сверху линолеумом, не портящимся от воды; такую поверхность очень легко содержать в надлежащей чистоте. Для линолеума наиболее желательным является чёрный цвет.
В демонстрационном столе необходимо сделать несколько вы-, двпжных ящиков и под ними три-четыре пары дверец, ведущих в шкапчики. В ящиках преподаватель хранит: в одном — набор инструментов (пассатижи, отвёртки, молоток, нож, ножницы и т. п.), требующихся постоянно при проведении опытов; в другом — набор лапок и колец для• штативов, сетки для нагревателей и т.п.; в третьем — соединительные электрические провода. Четвёртый ящик используется преподавателем для всякого рода мелочей и частей приборов, предназначенных для очередных демонстраций. Шкапчики в демонстрационном столе служат для хранения подсобных приборов, постоянно требующихся для проведения опы-
32
$ в, Г
Рис. 14. Зажимы для подвешивания стенных таблиц.
Наилучшей является доска из
тов. К числу таких приборов относятся два-три штатива (рис. 50), всякого рода подставки (рис. 48), подъёмные столики (рис. 53), осветители (рис. 58), просвечивающий экран (рис. 57) и т. п. (§ 12, 1—7). Все ящики и шкапчики необходимо снабдить замками и держать их запертыми. Если в помещение лаборатории введён газ, то установку по крайней мере одного двойного крана надо сделать именно на демонстрационном столе, а не на стене, как это нередко делается. На стороне стола, противоположной окнам, устанавливается канализационная раковина с подведением к ней воды от водопровода (§ 7, 2). Рационально, примерно в середине стола,устроить потайной слив для удаления сточной воды при опытах. Крайне желательно на столе, примерно па середине и сбоку, установить мраморные или шиферные дощечки с клеммами, служащими для включения тока к приборам. На потолке над демонстрационным столом полезно прочно укрепить деревянную рейку шириной в 5—6 см, служащую для помещения на ней блоков, ушков, крючков и т. п.
7.	Классная доска. Классную доску делают достаточно крупных размеров (примерно 2,5 мх 1 м) и располагают её сзади демонстрационного стола, чёрного или жёлтого линолеума,
дающая много меньше отсветов, чем обычная крашеная. Доску снабжают деревянной окантовывающей рамой, с полочкой для мела внизу1). На верхней части рамы укрепляют специальные зажимы для подвешивания таблиц. Изготовление зажимов из полосок металла и автомобильных шариков не представляет затруднений (рис. 14,1). В крайнем случае в качестве таких за-.жимов могут быть использованы обычные клямеры, применяемые в быту для укрепления белья на верёвке во избежание сбрасывания его ветром (рис. 14,11). Справа подвешивается ящичек для хранения мела и крючок для специального полотенца (а не тряпки!), предназначенного для стирания мела с доски.
8.	Экран. Наиболее удобным для пользования в лаборатории-классе является спускной экран, применяемый для киноперед-
г) Для упрощения выполнения рисунков доску следует разделить на клетки, прочерчивая линии на линолеуме острым шилом (см. т. IV).
§ 6, 9
33
вижки (рис. 15). Такой экран помещается в узком деревянном ящике, снабжённом на одной из своих сторон крышкой. Экран на-мотан на деревянный вал А, имеющий на одном конце ролик В.
Рис. 15. Киноэкран и устройство его спускного механизма.
Для пользования экраном ящик подвешивают на стене и, открыв крышку, вытягивают экран вниз за рейку Е. При этом экран/), сматываясь с вала, приведёт его во вращение, благодаря чему шнурок С станет наматываться на ролик В. Если теперь, потянув за шнурок, привести во вращение вал, то экран окажется намотанным и спрятанным в ящик. За отсутствием спускного экрана можно применять обыкновенный подвесной, но он менее удобен и, конечно, не годится при указанном на рисунке 12 положении двери. Для такого экрана делают деревянную раму и обтягивают её белым коленкором или полотном (рис. 16). Для придания раме жёсткости необходимо набить угольники А из клеёной фанеры.
9.	Стол для проекционного фонаря. На рисунке 17, I дан вид наиболее простого, но в то же время достаточно удобного
стола для проекционного фонаря. Крышку стола следует укрепить к подстолью не наглухо, а на двух петлях, чтобы можно было изменять её наклон и благодаря этому получать изображение диапозитивов на различной высоте. Крышку в том или ином наклонном положении закрепляют с помощью клиньев, вкладываемых спе-3 Е. Н. Горячкин
34
§ в, 9
реди между нею и подстольем. Более удобно для этой цели воспользоваться одним А или двумя деревянными винтами от столярных струбцинок; тогда наклон крышки легко- изменять вращением этих винтов. Полка в подстолье служит для помещения диапо-
Рис. 17. Столы для проекционного фонаря.
зитивов и разного рода приспособлений, а также приборов, используемых при проектировании. На рисунке 17,11 показан менее удобный, чем описанный, стол для проекционного фонаря, обычно применяемый в школах. Рекомендуем у такого стола -крышку сделать подъёмной.
Наверху подстолья на дощечке (рис. 18) полезно установить штепсельную розетку А со шнуром С и вилкой для подведения тока от сети освещения. В эту розетку включается шнур от про-
Рис? 18. Схема электрооборудования проекционного стола (розетка на 120 V и трансформатор 120 V/12 V).
екционного фонаря. В том случае, когда один из проекционных фонарей имеет источником света лампу в 12 V, то трансформатор 120/12 V рекомендуется наглухо закрепить вверху подстолья, снабдив его распределительной дощечкой D (рис. 76). Штепсельные гнёзда на этой дощечке служат для включения проекционного фонаря и позволяют получать различные напряжения в 10, 12 и 14 V в зависимости от положения вилки. Трансформатор для подведения к нему тока в свою очередь снабжается коротким шнуром с вилкой В для включения в розетку А.
§ 7, 1-2
35
Для включения шнура С от проекционного стола на стене, возможно ближе к столу, устанавливают штепсельную розетку; не исключена также возможность присоединения к клеммам на демонстрационном столе.
§ 7. Специальное оборудование физического кабинета и лаборатории.
1.	Виды специального оборудования. Под специальным оборудованием физического кабинета и лаборатории подразумеваются различные стационарные устройства, предназначенные специально для обслуживания демонстрационных опытов и лабораторных работ. К числу специальных видов оборудования относятся: водопровод; канализация; газ, если, конечно, последний имеется в городе; освещение; затемнение; ввод электрического тока с установкой. преобразователя и распределительных щитов с разводкой тока по лаборатории. Отсутствие этих устройств самым усложняющим образом сказывается при подготовке и проведении большинства экспериментов и заставляет преподавателя терять много времени совершенно непроизводительно. Поэтому преподаватель должен, если не сразу при организации кабинета, то в течение ближайших двух-трёх лет добиться осуществления специального оборудования.
2.	Водопровод и канализация. Доказывать совершенную необходимость в кабинете физики устройства водопровода и установки сточных канализационных раковин не приходится. При выборе помещения для кабинета нужно учитывать расположение водопроводных и канализационных труб, чтобы иметь возможность к ним присоединиться. В кабинете, как минимум, устанавливают две сливные раковины с поддрдкой к ним водопровода: одну — в лаборатории и другую — в препаровочной (рис. 8). Наибольшие удобства создаются при установке раковины на боковой стороне демонстрационного стола, что вполне осуществимо при наличии эстрады, под которую укладываются трубы (рис. 12). Раковину в этом случае располагают со стороны стола, противоположной окну, чтобы при пользовании ею не отбрасывать тени на стол при проведении на нём демонстраций. Обычно же раковину располагают на стене, что менее удобно (рис. 19). Фаянсовые раковины для установки не годятся, так как сравнительно легко бьются; наилучшими являются чугунные эмалированные с плоским дном, называемые иногда «мойками». Над каждой раковиной устанавливают два или три водопроводных крана, один (два) — на обычной высоте, другой — выше его, примерно, на 40—50 см (рис. 19). При этом желательно верхний кран взять специального типа с наконечником для надевания резиновой трубки. Этот кран служит в основном для водоструйного воздушного насоса (рис. 205). На трубе, подводящей воду к раковине расположен-3*
36
$ 7, 1^2
ной в классе, необходима установка вентиля для выключения воды.
Крайне желательно от канализационной трубы раковины взять ответвление, подходящее к потайному сливу, расположенному внутри демонстрационного стола. Этот слив делается в виде воронки (d = 25—30 см) и закрывается сверху круглой крышкой, сделанной так, чтобы она не выступала над поверхностью стола (рис. 13). Такое устройство сильно упростит в некоторых
Рис. 19. Установка водоструйного насоса.
А —водопроводный кран: С —сливной патрубок насоса с надетой на него тряпкой, предохраняющей от разбрызгивания воды; Е — патрубок насоса для выкачивания воздуха; F — стеклянный кран; J — склянка, предохраняющая от проникновения воды в сосуд, из которого выкачивают воздух.
Рис. 20. Щит для просушивания стеклянной посуды.
случаях отведение отработанной воды от приборов, например, от модели турбины Поль-тона и др. В препаровочной над
раковиной подвешивают полочку, а также деревянный щит (60—70 см X 1 м) с деревянными наклонными колками для просушки разлйчной посуды (рис. 20). Здесь же уместно хранить щётки, служащие для промывания изнутри колб и другой посуды.
Отсутствие канализации и водопровода сильно усложняет работу в кабинете, заставляя вёдрами приносить туда воду и уносить тем же способом отработанную. В случае отсутствия водо
провода и канализации надо всё же установить раковины, в том
§ 7, 3
37
числе и потайную, и поместить под ними вёдра для сточной воды. Если кабинет расположен не в самом верхнем этаже, то в помещении, находящемся над лабораторией, ставят бак для воды и отводят от него трубу с краном к раковине демонстрационного стола. Можно небольшой бак для воды установить под потолком в лаборатории, накачивая туда воду из ведра при помощи насоса.
3.	Проводка газа. Наличие газа даёт возможность пользоваться не только мощными источниками теплоты, но и избавит
Рис. 21. Двойной кран для газовых горелок и простой предохранитель из резиновой трубки от утечки газа при случайном открывании крана.
преподавателя от постоянной кропотливой возни с нагревателями, вроде жаровен, спиртовок и примусов. Пользование газом возможно, конечно, в том случае, когда в городе имеется газ и его подводка сделана хотя бы к одному из соседних со школой помещений. При распределении газа по лаборатории надо обеспечить подводку его не только к демонстрационному столу ив препаровочную, но и к каждому столу для учащихся в лаборатории. В препаровочной достаточно иметь один двойной кран, расположенный на стене около слесарного стола. Двойной кран позволяет пользоваться одновременно двумя горелками (рис. 21). Кроме того, посредством надетой на оба наконечника резиновой трубки (рис. 21) легко предохранить проникновение газа в воздух помещения при утечках в кранах или при их случайном,
38
$ 7, 4
и намеренном отвёртывании. На демонстрационном
а то
столе устанавливают два двойных крана у его переднего края (рис. 13). Подводка газа к лабораторным столам учащихся представляет сложную задачу, так как трубы приходится прокладывать по полу. Прокладка труб под полом запрещена законом; поэтому трубы укладывают на поверхности пола, не углубляя. Эти трубы мешают при ходьбе. Поэтому их прокладывают так, чтобы они не оказались ни в главных проходах между рядами столов, ни тем более в проходе у демонстра
ционного стола (рис. 8). На каждом кран. Лабораторные столы, если к
Рис. 22. Задёргивающиеся занавеси
столе ставят один двойной ним сделана подводка газа, совершенно необходимо прочно закрепить на полу, а во избежание порчи газовых труб при сдвигании столов. На магистральных трубах, подводящих газ к демонстрационному столу и к лабораторным столам, обязательно устройство двух отдельных кранов, выключающих эти части газовой проводки. Газ включают, открывая соот-
затемнения.	ветствующий магистраль-
ный кран, только в том случае, когда газ нужен для работ; всё же остальное время газ должен быть безусловно выключен. При пользо-
вании светильным газом надо иметь в виду, что проникновение его, даже в весьма небольшом количестве, в атмосферу вызывает отравление, выражающееся в лёгких случаях головной болью. В качестве предохранительной меры следует держать двойные краны соединёнными между собой резиновой трубкой, как было указано выше. Необходимо обратить серьёзное внимание на возможность неполного сгорания в газовых горелках (§ 18, 2).
4.	Затемнение. При отсутствии затемнения в физическом кабинете совершенно невозможна постановка экспериментов по оптике, а также проведение ряда других важных демонстраций, требующих применения проекционных аппаратов. Поэтому устройство затемнения — одна из первоочередных работ, выполняемых при организации кабинета. Самый совершенный способ затемнения состоит в устройстве задёргивающихся занавесей на окнах (рис. 22). На каждое окно нужны: ламбрикен А — узкая полоска материи, подвешенная к карнизу (шириной примерно в 40—50 см), и два занавеса В, из которых каждый по своей длине должен быть больше высоты окна на 40—50 см и по своей ширине
§ 7, 5
39
равен примерно 2/3 ширины окна. Карнизом для занавесей служит доска шириной около. 10—12 см, подвешенная над окном при помощи костылей. На карнизе укрепляют два металлических прута (d = 2—3 мм) или две тонкие трубы (рис. 23). Если пользоваться одним прутом или одной трубой, то занавеси при за-
Рис. 23. Устройство механизма задёргивающихся занавесей затемнения.
дёргивании не смогут заходить «пола за полу», и в щель между ними станет проникать свет. На пруты надеваются кольца, к которым подвешиваются занавеси. Задёргивание производится при помощи шнурков, привязанных соответственным образом к кольцам СС занавесей и пропущенных через блоки DD, как это показано на рисунке 23. Наиболее подходящим материалом для
занавесей затемнения является бумажное сукно, в частно-	<
сти применяемое для пошивки лыжных костюмов. Чёрный
цвет для занавесей вовсе не обязателен, лателен, так как придаёт помещению колорит. Кроме бумажного сукна, для кий бумажный материал, лишь бы он не себя.
а скорее неже-лаборатории мрачный
занавесей
пропускал
годится вся-света сквозь .
Более дешёвым является затемнение, сделанное в виде закручивающейся на круглый деревянный брус'шторы из плотной синей бумаги, применявшейся для затемнения в военное время. Возможно также устройство подвешенных на петлях и открывающихся ставен, но подобное устройство оказывается менее удобным, особенно при широких окнах.
5.	Освещение. В физической лаборатории, в отличие от обычного класса, искусственное освещение обладает некоторыми особенностями. Прежде всего источники света должны давать возможно более равномерно . рассеянный свет — во избежание образования теней от приборов на демонстрационном столе и появления световых бликов на стеклянных и полированных металлических частях. Вторая особенность состоит в том, что демонстрационный стол требует более сильного освещения, чем всё остальное в лаборатории.
Эти требования при керосиновом освещении почти не осущест
40
П,5
вимы, так как приходится пользоваться двумя-тремя висячими лампами «молниями». Но и в этом случае одну из ламп надо расположить перед демонстрационным столом для освещения приборов и заэкранировать листом жести так, чтобы её свет не падал непосредственно в глаза учащимся и не слепил их. Применяются керосиновые висячие лампы с большими крупными отражателями, окрашенными белой краской. При электрическом освещении лампы следует снабдить колпаками из молочного стекла, дающими значительное рассеивание света. Наиболее подходящей является арматура, называемая люцеттой (рис. 24). Чем большее
Рис. 24. Различные виды
арматуры (люцетт) электрического освещения и
их световые характеристики.
количество источников света применено для освещения, тем равномернее получается освещённость и тем слабее станут тени. Поэтому лучше брать для освещения большее количество люцетт о маломощными лампами, чем две-три — с сильными. Расположение выключателей для освещения лаборатории и демонстрационного стола далеко не безразлично и должно быть продумано при устройстве электрической проводки. Прежде всего рекомендуется освещение разбить на две группы: одну — с двумя люцеттами, другую — с остальными, что позволит давать полное или пониженное освещение при помощи двух выключателей. Выключатели для групп важно расположить на стене около демонстрационного стола и притом с той стороны, где помещён проекционный фонарь, чтобы учителю было удобно, не покидая эстрады, гасить и зажигать свет при проведении демонстраций.Цепь
£ 7, 6
41
пониженного освещения желательно устроить с коридорными переключателями, расположив один из них, как указано, около демонстрационного стола и другой — у входной двери. Тогда свет может быть зажжён или погашен из любого из этих двух мест. Схема включения коридорных выключателей показана на рисунке 495,V. В заключение следует подчеркнуть, что правильное устройство освещения не только значительно увеличит видимость демонстраций, а следовательно, и повысит их эффективность, но и создаст необходимые гигиенические условия работы для уча-
Рис. 25. Мотор-генератор, установленный на железных балках, заделанных в каменную стену.
А — мотор трёхфазного тока; В — динамомашина; D — концы проводов трёхфазниго тока, заделанных в стену.
щихся. Из световых характеристик двух типов люцетт видно, что первый (со сплошным колпаком из матового или молочного стекла) наиболее подходящ для освещения над столами учащихся, а второй (открытый снизу)—над демонстрационным столом.
6.	Электрооборудование. Под электрооборудованием физического кабинета подразумеваются электрические распределительные устройства, предназначенные для обслуживания экспериментов по электричеству и для зарядки аккумуляторов. Только в крайнем случае возможно брать ток для тех или иных технических целей непосредственно от проводки в помещении кабинета, в которую включены лампы, служащие для освещения. При таком пользовании сетью освещения свет в помещении при нагрузках
42
§7,7
станет сильно пригасать, а при случайных перегрузках и коротких замыканиях будут перегорать предохранители. При неисп
равности последних вполне возможно возгорание проводов и возникновение пожара (§ 5 и § 41).
В состав электрооборудования входят: ввод тока в кабинет; распределительный щит для обслуживания демон-
Рис. 26. Монтаж преобразователя (ПТ-03 завода физэлектроприборов) переменного тока в постоянный на деревянной угловой панели, удобной для переноски.
страционного стола (рис. 30); выпрямитель или преобразователь переменного тока в постоянный (рис. 25 и 26) со щитком для зарядки аккумуляторов (рис. 34) и установка трансформатора для проекционного фонаря (рис. 33).
В настоящем руководстве мы даём описание наиболее простого, но в то же время вполне рационального электрооборудования для физического кабинета неполной средней школы. Если школа рас*-полагает достаточными материальными средствами, то преподаватель может произвести более совершенное электрооборудование, чем ниже описанное, обратясь для ознакомления со схемами к тому I Ф. Э.
7. Ввод тока в препаровочную. В физическом кабинете семилетней школы нет непосредственной надобности в трёхфазном токе и вполне можно обойтись вводом однофазного тока. Од-
нако преподаватель должен иметь в виду, что трёхфазный ток1
даёт возможность проводить ряд интереснейших опытов с этим
г) О трехфазном токе—см .книгу: Горячкин, «Переменный ток и его законы».
§ 7, 7
43
током при кружковых занятиях и, главное, установить сравнительно мощный источник постоянного тока — мотор-генератор (рис. 25) или преобразователь (рис. 26). Так как ввод трёхфазного тока обойдётся всего лишь в Р/2 раза дороже, то, имея в виду дальнейшее усовершенствование кабинета, всё же желательно ввести трёхфазный ток. Так как приключение к осветительной сети в самом кабинете недопустимо, то проводку для технических целей ведут от места ввода тока в школу или от толстых магист
ральных проводов, называемых стояками и прокладываемых обычно на лестничных клетках1.) Для подводки трёхфазного тока нужны три провода, для однофазного, как и для постоянного тока, —два провода. Для проводки вполне возможно воспользоваться шнуром (Ш. Р.) сечением не менее 4 мм2, а лучше 6 мм2.
Ввод делают в препаровочную и заканчивают здесь мраморным распределительным щитком с предохранителями (пластинчатыми или трубчатыми—рис. 27 и 28, но отнюдь не пробочными), рубильником однофазного или трёхфазного тока (рис. 32) и
Рис. 27. Предохранители — плавкие пластинчатые.
Е и F — клеммы для зажимания концов плавных вставок D.
четырьмя, тремя или двумя клеммами для присоединения проводов (рис. 29). От ввода в препаровочную делают ответвление для обслуживания классной лаборатории. При помощи установленного на ответвлении рубящего выключателя можно электрическую проводку в лаборатории включать лишь на то время, когда нужна электроэнергия. На рисунке 29, I показана принципиальная схема простейшего щитка, который должен быть установлен в препаровочной. Однофазный ток, пройдя через главный рубильник А, служащий, в частности, для выключения тока во всём кабинете, подходит к двум клеммам В через предохранители С. Клеммы предназначены для пользования током в препаровочной для тех или иных целей. За предохранителями сделано ответвление через рубильник I), подводящее ток к демонстрационному столу.
Предохранители надо включить в цепь (вопреки общепринятому) за рубильником, чтобы иметь возможность производить
О монтаже проводов — см. книги: Горячкин, «Проводка» и Ф. Э. т. I, гл. IX и XI.
44
§7,8
замену жилок не под током, для чего достаточно будет выключить рубильник А, Наилучшими предохранителями являются трубчатые, в которых наиболее просто и удобно заменять жилки в случае сгорания (рис. 28).
Щиток должен быть смонтирован на мраморной или шиферной доске; п рименение де рева совершенно недопустимо.
Рис. 28. Предохранители — плавкие трубчатые.
Плавная вставка (проволочка) D — помешена внутрь фарфоровой трубки А. Вставка винтами присоединяется к контактам (ножам) В, вставляемым в зажимы С.
Если сделан ввод трёхфазного тока, то придётся поставить рубильник с тремя ножами Alf три предохранителя Cj и три клеммы В19 сделав ответвление через рубильник DA в лабораторию от двух любых проводов, согласно схеме рисунка 29, II.
Устройство ввода и монтаж щитка требуют значительных ремесленных навыков, почему неосуществимы силами преподавателя или учащихся, тем более что установка должна быть разрешена и по её выполнении принята районным электромонтёром. Поэтому эту работу надо поручить опытному электромонтёру.
Вводом до щитка в препаровочной можно ограничиться на первых порах, т. е. в период организации физического кабинета. Впоследствии проводку надо продолжить в лабораторию, а также — к выпрямляющему ток устройству, например, к преобразователю, и щиток заменить или дополнить более сложным распределительным щитом.
8. Распределительный щит в лаборатории. Распределительные щиты могут иметь самые различные устройства, но в основе их лежит единая простая схема, одинаковая как для постоянно-
£ 7, 8
45
Рис. 29. Схема распределительного щитка (ввода) в препаровочной (однофазного и трёхфазного тока).
В & *
го, так и однофазного переменного тока (рис. 30). Провода, проводящие ток, присоединяются прежде всего к главному рубильнику F, выключающему всё устройство. Затем ток проходит через два предохранителя 1,1 (трубчатых или пластинчатых). За предохранителями включается параллельно вольтметр V (120 или 220 V) для измерения напряжения и последовательно амперметр А (25— —30 А) для измерения силы тока. Далее производится разветвление тока через рубильники С и D и предохранители 2,2 и 3,3. Таких ответвлений достаточно иметь два: одно — для подведения тока к демонстрационному столу, другое — к проекционному фонарю. Если ток подводят к лабораторным столам учащихся, то нужно сделать третье ответвление через предохранители 4,4 и рубильник Е, показанные на схеме 30 пунктиром.
Весьма желательно при переменном токе установить за щитом
Демон.	Проекц.	/1а бора-
стол	фонарь тория
Рис. 30. Схема распределительного щита постоянного или переменного однофазного тока.
46
§ 7, 8
трансформатор мощностью в 1—1,5 kW, снижающий напряжение соответственно с 220 или 120 V до 50—60 V для питания вольтовой дуги. Наиболее подходящим типом является автотрансформатор, употребляющийся для кинопроекционных аппаратов и известный под маркой А/ТСК (рис. 31).
Для трансформатора Т делают специальное ответвление через рубильник D и отводят от него одну цепь, общую для демонстрационного стола (60 V) и для проекционного фонаря (рис. 33). В
Рис. 31. Автотрансформатор типа А/ТСК 120—45—50 V для питания вольтовой дуги.
цепь надо включить через рубильник F и предохранители 3,3 проволочный реостат R с коммутатором до25—30 А, имеющий сопротивление в 5—6 омов. Такой реостат
Рис. 32. Рубильник трёхполюсной для распределительного щита.
носит название успокоительного, так как вольтова дуга горит при его наличии много спокойнее, чем без него (рис. 341).
Распределительный щит монтируют на мраморной доске. Вольтметр и амперметр для щита берут технического типа МН или ЭН1) (U = 120—220 V и /=25—30 А) (рис. Ill, I).
Предохранители всего лучше трубчатые; рубильники (рис. 32) необходимо снабдить защитными коробками, чтобы даже намеренное прикосновение к лишённым изоляции токопроводящим частям было невозможно (рис. 7).
Монтаж распределительного щита и разводки тока по лаборатории не под силу преподавателю, и поэтому эта работа должна
Обозначения приборов — см. § 15, 10 и 11.
§7,9
47
быть поручена опытным монтёрам также, как и вводы тока в пре-паровочну о.
Более подробные сведения о типе монтажа распределительных щитов — см. Ф. Э., т. I, гл. IX и т. III, § 1, 1—4 и § 25, 1.
9. Щит для зарядки аккумуляторов. Вопрос о зарядке акку-муляторов подробно рассмотрен в § 72 и т. III, § 23. Для аккумуляторов полезно в препаровочной подвесить: одну-две полки, на которых следует всегда хранить аккумуляторы, и рядом щиток для их
Рис. 34. Схема щитка для зарядки аккумуляторов постоянным током освещения.
Рис. 35. Схема щитка для зарядки аккумуляторов от купроксного выпрямителя (рис. 125).
48
§7,9
зарядки. Источниками тока для зарядки могут служить: 1) сеть освещения постоянного тока на 120 или 220 V; 2) купроксный выпрямитель (§ 17, 9) и 3) преобразователь трёхфазного тока в постоянный (рис. 25 и 26).
При зарядке постоянным током освещения или от мотор-гене-ратора на 120 V на щитке монтируют ламповый реостат R (рис. 308), амперметр А лабораторного типа
(рис. 112), пробочные предохранители В до 6 А, рубильник С малого размера и две клеммы D (рис. 34).
Рис. 37. Схема распределительного щитка постоянного тока (12 V) для зарядки аккумуляторов от преобразователя трёхфазного тока (рис. 26).
Рис. 36. Схема устройства преобразователя ПТ-03 завода Физэлектро-прибор (рис. 26).
Купроксный выпрямитель К (рис. 125) устанавливают на щите, снабдив его штепсельной вилкой для включения в сеть освещения (рис. 35). На том же щите монтируют амперметр А, рубильник С, предохранители В и две клеммы D (рис. 35). Установки реостата для изменения силы тока не требуется, так как это достигается посредством смещения магнитного шунта у выпрямителя (рис. 126) (§ 17, 9).
Выходной щит от преобразователя М (рис. 36) обслуживает цепь постоянного тока; на нём устанавливают предохранители В до 25—30 А, вольтметр ММ1) (J7 =20—30 V), амперметр ММ (7=20—25 А), рубильник С и две клеммы D (рис. 37). Желательно
х) Обозначения приборов — см. § 15, 10.
§ 1
49
установить также ламповый реостат R с лампами на 2 V, 50 W или с подвижным контактом (рис. 306) для изменения силы тока, заряжающего аккумуляторы. Выходной щит (постоянного тока) от преобразователя, как распределяющий низкое напряжение (U 20 V), можно сделать из дерева, а не из мрамора. Тогда монтаж их станет вполне возможен для преподавателя.
§ 8. Мастерская.
1. Назначение мастерской. Для ремонта, а также для изготовления новых упрощенных приборов, и, наконец, для кружковых занятий с учащимися необходимо приобрести для кабинета
Рис. 38, I. Вид типичного оборудования мастерской в препаровочной.
набор соответствующих инструментов и организовать специальное рабочее место, иными словами — обзавестись небольшой мастерской.
Без мастерской, как бы она ни была примитивна, невозможно не только развитие и совершенствование кабинета и лаборатории, но даже сох ранение их от постепенного развала. Без надлежащего своевременного ремонта количество неисправных приборов станет постепенно расти, что приведёт в конце концов к значительному уменьшению демонстраций на уроках физики. Конечно, 4 Е. Н. Горячкин
50

Рис. 38, 11. Подвешивание инструментов на деревянном щите для удобного хранения и контроля нахождения их на месте.
нельзя предъявлять требований к преподавателю физики, чтобы он являлся действительно мастером на все руки и мог произвести любой ремонт. Однако, преподаватель должен обладать самыми простыми ремесленными навыками, без которых совершенно нельзя обойтись даже при самом обыкновенном налаживании эксперимента. Навыки эти весьма разнообразны, так как преподавателю приходится обрабатывать пробку, картон, дерево, стекло и металл, а также производить некоторые работы по электромонтажу.
О наборе инструментов в мастерской и пользовании ими — см. т. Ill, §§ 9—18.
2. Организация рабочего места. Для мастерской в препаровочной отводят специальное место, где помещают небольшой стол с прочной крышкой из толстых досок (1—1,5 м X 60—70 см) и рядом столярный верстак, возможно меньшего размера (для экономии места). На этом ,столе и верстаке производят все работы по починке приборов и изготовлению новых, поставив себе за непременное правило — не портить крышек на других столах в препаровочной, а тем более в лаборатории (рис. 38, I).
Редко применяемый инструмент хранят обыкновенно
в шкапчике или в ящике рабочего стола;наиболее нужный подвешивают на гвоздях, вбитых в деревянный щит, укреплённый на стене. Таких щитов желательно иметь два: один,
подвешенный около стола, в основном со слесарным инструментом
§9
51
(рис. 38, II), и другой, располагаемый около верстака, — со столярным. На щитах, которые необходимо окрасить масляной краской, обводят контуры каждого из подвешенных инструментов и закрашивают места внутри контуров чёрным спиртовым лаком или какой-либо другой чёрной краской. Тогда отсутствие какого-либо инструмента на месте становится заметным с одного взгляда. Такой способ хранения инструмента сводит на нет время на отыскание инструмента, упрощает его учёт и способствует поддержанию порядка. Хранение инструментов на щитах в достаточной мере зарекомендовало себя и поэтому должно быть горячо рекомендовано. '
Щиты рационально взять следующих размеров: для слесарных инструментов 100—120 см X 60—70 см и для столярных 80—90 см X 60—70 см. При развеске надо комбинировать инструмент по группам (напильники, стамески, щипцы, молотки и т. п.), отнюдь не стараясь заполнить сразу весь щит, и, наоборот, надо оставлять свободные места для последующего заполнения их инструментом по мере приобретения.
Рабочий стол желательно окрасить кислотоупорной краской или во всяком случае масляной1 >; обивать его сверху листовым железом нет никакой надобности; более того, покрытие железом создаст ряд неудобств при работах. На крышке стола справа укрепляют настольные тисочки, которые совершенно необходимы для работы. Кроме того, там же желательно установить сверлильный станочек.
На краю стола полезно укрепить уголок из железа для сгибания жести и других работ с нею.
Для колки дерева, а также для помещения наковальни нужно завести обрез от бревна диаметром в 30—35 см и высотой в 60—70 см.
О пользовании инструментом, приёмах и способах обработки различных материалов — см. в основном т. Ill, §§ 10—20 и литературу, указанную в приложении (§ 74).
§ 9. Библиотека.
«Довести книгу до читателя» — задача далеко не простая, и разрешить преподавателю физики её легче всего в отношении научно-популярной литературы по физике и технике. Поэтому рациональнее всего библиотечку такой литературы завести при физическом кабинете, как филиал общешкольной, и выдачу книг учащимся производить самому преподавателю. В состав этой библиотечки войдут также справочники и методические пособия, нужные преподавателю, как это было подробно рассмотрено в т. 1, §§ 45 и 47.
г) См. т. Ill, § 20. 4*
52
£ to
Огромнейшее значение имеет устройство в классе-лаборатории застеклённой или затянутой сеткой витрины, где преподаватель должен выставлять литературу, рекомендуемую учащимся для чтения по данному разделу физики, а также научно-популярные и технические журналы для молодёжи (рис. 39).
Рис. 39. Витрина с книгами для выставки литературы, рекомендуемой учащимся для чтения.
Для хранения книг лучше всего завести отдельный шкап, желательно шведско-американского типа. Составление и ведение карточного каталога, а также шифровку книг необходимо производить по библиотечным правилам. Обзаведение своей библиотечкой с выставкой книг, как показывает опыт, производит чудеса в отношении повышения потребности у школьников на книги по физике.
Глава третья.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.
§ 10.	Классификация физических приборов.
Вся аппаратура, применяемая в школе при прохождении курса физики, может быть разделена по своему назначению на следующие группы, или классы:
1)	Основные приборы, необходимые для воспроизведения тех или иных физических явлений и являющиеся сами по себе объектами изучения. В эту группу входит подавляющее большинство физических приборов, применяемых в школе для * постановки опытов. В свою очередь эти приборы разделяются на демонстрационные, обеспечивающие видимость одновременно всем учащимся, и лабораторные, служащие для индивидуального наблюдения.
§ 11, 1
53
2)	Измерители и измерительные п р и-б о ры, которые хотя и могут являться предметом изучения и оказаться необходимыми для воспроизведения явлений, но в основном предназначены для измерения физических величин. Измерители бывают демонстрационные и лабораторные. К числу измерительных приборов относятся: масштабные линейки (рис. 462); весы (рис. 95—99); разновес (рис, 100—101); динамометры (рис. 103—105); мензурки (рис. 469); термометры (рис. 106—107); калориметры (рис. 485); вольтметры (рис. 112); амперметры (рис. 112, II и 318) и т. п.
3)	Модели технических установок и машин, в основном предназначенные для демонстрации и объяснения устройства и действия машин или их частей. Типичными представителями моделей являются: модели цилиндра двигателя внутреннего сгорания (рис. 85); модель парораспределительного механизма (рис. 83); водяная турбина Пельтона (рис. 87); паровая машина (рис. 80) и т. п.
4)	Проекционные приборы, служащие для получения увеличенных изображений приборов или демонстрируемых явлений. Такими приборами являются: проекционные фонари (эпископ и диаскоп) (рис. 61—65) и приборы для теневого проектирования (рис. 147—148).
5)	Подсобные приборы, применяемые не для воспроизведения физических явлений, а лишь в качестве вспомогательных подставок всякого рода, поддерживающих приспособлений для основных приборов, для большего удобства обращения с последними, для улучшения видимости опыта и т. п. К числу их относятся: штативы (рис. 50); рамы (рис. 51—52); подъёмные столики (рис. 53); экраны фона (рис. 56); осветители (рис. 57—58) и т. п.
6. Источники энергии, в том числе нагреватели и горелки (рис. 127—132), гальванические (рис. 121—123) и аккумуляторные (рис. 117—118) элементы, электрические машины (рис. 25—26) и т. п.
Приведённую классификацию надо рассматривать как ориентировочную, так как строгого разграничения между приборами провести нельзя, и некоторые приборы могут то являться объектами изучения, то служить в качестве подсобных и т. п.
Из приборов всех этих видов учитель для демонстраций или лабораторных занятий составляет связные системы, образующие собой то, что носит название установки опыта.
§ 11.	Обеспечение видимости демонстраций.
1.	Проверка видимости демонстраций. При лабораторных работах наблюдение того или иного физического явления или отсчёты по измерительным инструментам производятся индивидуально и притом с близкого расстояния. Наоборот, для демонстраци
54
$ И, 2-3
онного эксперимента характерно наблюдение учащимися из самых различных мест сравнительно обширного помещения — класса, справа и слева от установки, вблизи неё и с расстояний, удалённых иногда до 6—8 м.
Не подлежит никакому сомнению, что каждый учащийся, где бы ни находилось его место в классе, должен иметь возможность, сидя спокойно на своём месте, ясно видеть всё то, что показывает учитель, никак не напрягая при этом своего зрения1).
Поэтому при постановке и проведении демонстраций совершенно необходимо постоянно проверять видимость эксперимента из различных мест помещения, в том числе и с наибольшего расстояния. Преподаватель, убедившись своими собственными глазами, что при таком же точно освещении, которое будет существовать во время демонстраций, явление отовсюду ясно видимо, может считать подготовку опыта в этом отношении законченной.
2.	Особенности демонстрационных приборов. В целях обеспечения видимости при демонстрациях пользуются специальными типами приборов, носящих название демонстрационных и отличающихся своими укрупнёнными размерами, специфическим расположением своих отдельных частей, яркой раскраской отдельных деталей и т. п.
Чтобы уяснить себе разницу между обычными измерительными приборами, употребляемыми в лабораториях, и демонстрационными, достаточно сравнить между собой: весы демонстрационные (рис. 98) и технические (рис. 99); демонстрационный амперметр (рис. 110 и 318) и лабораторный (рис. 501); вращающий виток (рис. 379) и модель электромоторчика (рис. 381); демонстрационный термометр (рис. 107) и лабораторный (рис. 106); демонстрационный динамометр (рис. 105) и лабораторный (рис. 104).
Типичными демонстрационными приборами являются: прибор для демонстрации закона Архимеда (рис. 45 и 183); турбина Пельтона (рис. 87); прибор Гофмана (рис. 315).
Так как промышленность далеко не обеспечивает полного комплекта демонстрационной аппаратуры, то некоторые, весьма нужные, приборы приходится целиком изготавливать учителю своими силами. К числу таких приборов относятся: прибор для демонстрации движения проводника в магнитном поле (рис. 376); модель витка с кольцами или коллектором (рис. 40, 12) и 379).
3.	Повышение демонстрационности приборов. Может случиться, что в физическом кабинете не окажется нужных демонстрационных приборов, и преподавателю придётся приспосабливать для демонстраций имеющиеся, не имея времени или достаточных
Зрение предполагается нормальное. Учащиеся же, страдающие недостатками зрения, должны быть заранее выявлены учителем и соответствующим образом распределены по местам в классе.
2? Рисунок 40— см. цветную вклейку.
Рис. 4,0,1. Раскрашенная модель витка с коллектором.
Рис 40 II. Образец раскраски неподвижного магнита и мотка прово-локи в качестве катушки для индукции.

55
ремесленных навыков для изготовления упрощенных. Во многих случаях выход из положения осуществляется при помощи проектирования на экран (§ 13, 1). Однако нередко возможно раскраской отдельных частей и некоторыми простыми добавочными приспособлениями повысить демонстрационность приборов.
1)	Раскраска отдельных деталей яркими красками сильно способствует выделению важнейших частей, служащих объектом изучения, и иногда вносит значительные упрощения в методическом отношении при объяснениях. Так, если, например, подвергнуть окраске демонстрационный контур, выделив различными цветами проводники А и В, пластины коллектора С и D или контактные кольца и щётки Е и F, то повысится не только видимость, но и сильно упростятся объяснения принципа получения прямого и переменного токов (рис. 40,1 и 389). Примерами, где раскраска имеет важнейшее значение, служат приборы: катушки для индукции (рис. 397 и 40, II) (§ 50); постоянные магниты (рис. 40, II); модели механизмов парораспределительной коробки (рис. 83) и двигателя внутреннего сгорания (рис. 85) и др.
Раскраску лучше всего производить масляными художественными красками, продаваемыми в тюбиках (см. т. III, § 20).
2)	Шкалы и стрелки. На демонстрационных измерительных приборах: у масштабных линеек, манометров (рис. 171) и вообще во всех тех случаях, когда при опытах производятся отсчёты длин, рационально применять раскраску шкал, как показано на рисунке 41.
Если в качестве демонстрационных приходится применять весы технические (рис. 99) или Беранже (рис. 97), то на указателях А и стрелке В полезно укрепить наконечники из бумаги и шкалу заменить другой С — бумажной с крупными делениями (рис. 42).
3)	Рейтеры. В состав некоторых приборов входят нити и проволоки, видимые очень плохо, а то и совсем невидимые, вследствие своей малой толщины. Между тем при некоторых демонстрациях, например, движения проводника в магнитном поле, колебания струн, удлинения проволоки при нагревании и т. п., надо показать изменение в положении нитей или проволок. Тогда для видимости их положений применяют: на вертикальных проволоках — флажки из тонкой (папиросной) цветной бумаги (рис. 43, I), на горизонтальных — рейтеры или гусарики из такой же бумаги (рис. 43, II).
В некоторых случаях рационально надевать на нити или проволоку отрезки раскрашенных’ соломинок (рис. 43, III).
4.	Окрашивание жидкостей. Не только сами бесцветные жидкости, но даже уровни их, если они налиты в стеклянные сосуды, плохо заметны издали. Поэтому при проведении опытов с жидкостями рекомендуется их подкрашивать. Окрашивание производится различными красками, из которых для воды рекомендуется
56
£ 11. 4
фуксин или же, что проще, раствор щёлочи и фенолфталеина (приготовление растворов — см. т. III, § 24). Эти краски не оставляют на стекле следов после себя так, как это наблюдается при употреблении растворов марганцовокислого калия, чернил и некоторых акварельных красок.
-шшппп
III
ШПшПШШШ
V
Рис. 41. Образцы демонстрационных шкал для масштабных линеек, манометров и т. п. (штриховкой условно изображена окраска в красный цвет;.
Рис. 42. Насадки из бумаги на стрелку и указатели весов и шкала для них.
§ П, 5-6
57
Для опытов по Гидростатике и в особенности по Оптике рекомендуется применение флуоресцина, дающего, кроме жёлтого окрашивания, флуоресценцию ярким зелёным цветом (§ 52). Нужная густота окраски подбирается преподавателем посредством опыта; необходимо лишь иметь в виду, что чем тоньше слой жидкости, тем более интенсивной окраски она требует. Так,
в опыте с капиллярами приходится применять очень густую
окраску. Несмотря на то что при этом жидкость в сосуде будет казаться почти чёрной, в трубках же получится лишь только достаточное по интенсивности красное окрашивание (рис. 142, I).
Незаменимо применение окрашивания для обнаружения движения струй в жидкостях, например, в опыте по конвекции в жидкостях (рис. 273) (§ 37).
5.	Применение дыма. Подмешивание дыма к воздуху
Рис. 43. Различные способы повышения видимости проводов (1 — флажки; II — рейтеры; III —соломинки).
производится в тех случаях, когда нужно демонстрировать перемещение воздуха или наблюдать направление его струй. Так, например, поступают, когда показывают конвекцию в газах (рис. 275) или проводят демонстрацию на закон Паскаля для газов (рис. 172).
Чрезвычайно полезным оказывается применение дыма при демонстрациях по геометрической оптике. Пучки лучей света в воздухе, вообще говоря, заметны вследствие засорённости воздуха частицами пыли, а также благодаря наличию «тумана». Чем больше засорённость воздуха, тем яснее обозначается путь пучка лучей света. Поэтому при задымлении воздуха пучки лучей становятся хорошо видимыми. Для получения дыма служит особый прибор, носящий название дымаря (§ 12, 10).
6.	Расположение приборов при демонстрациях. Неопытный
экспериментатор, используя, сколь угодно, прекрасные в демонстрационном отношении приборы, легко может свести на нет все их преимущества и не обеспечить даже удовлетворительной видимости. Случается это по ряду причин:
1)	Никогда нельзя устраивать на демонстрационном столе нагромождение приборов, как бы ни было велико число нужных из них для проведения урока (рис. 46). Если преподаватель расставит их по всему демонстрационному столу, то тем самым он рассеет внимание, по крайней мере самых пытливых, учащихся и может отвлечь их от предмета проводимой в данный момент демонстрации.
58
£ 11, 6
Нужно стремиться к тому, чтобы на демонстрационном столе не было никаких приборов, за исключением только тех, которые нужны для показываемого опыта в данный момент (рис. 44 и 45). Остальные приборы, необходимые для последующих опытов, рационально располагать около демонстрационного стола на небольшом столике и выставлять из них на середину стола только нужные в данный момент. Возможно, но несколько хуже, ставить на краю стола те приборы, в которых нет необходимости
Рис. 44. Демонстрация инерции тела.
для проведения демонстрируемого опыта (рис. 47). Однако это требование не всегда выполнимо; в частности, оно трудно осуществимо в случаях сложных установок, например, при некоторых демонстрациях по электричеству.
Нужно сводить к минимуму количество всякого рода вспомогательных приборов, которые в рассматриваемой демонстрации не изучаются. Так, например, нет надобности загружать стол источниками тока, когда они служат для накаливания осветительных ламп, вести на демонстрационном столе нагревание тел при некоторых опытах по теплоте и пр. Всё это надо делать в стороне.
2)	Положение тела по отношению к приборам преподавателя при проведении демонстраций далеко не безразлично. Как опыт-
$	7
59
Рис. 45. Демонстрация закона Архимеда при помощи ведёрка и динамометра.
ный педагог, ведя записи на доске, умеет не загораживать их вплоть до последней буквы, так и экспериментатор должен постоянно следить за собой, чтобы не заслонять приборов. Чаще всего преподавателю для выполнения этого требования приходится располагаться позади или сбоку установки; в некоторых случаях разрешение вопроса явится далеко не таким простым делом (рис. 44, 45, 59 и 217).
3)	При установках демонстраций нередко оказывается, что одни приборы загораживают друг друга, другие плохо, а то и вовсе не видны вследствие своих малых размеров или, наконец, что важнее всего, схема всей установки и взаимоотношение отдельных её частей для зрительного восприятия учащимися остаются скрытыми. Особенно часто это нежелательное явление наблюдается при демонстрациях из области учения об электричестве, когда в электрическую цепь входят по нескольку приборов, а соединяющие их проводники располагаются на горизонтальной пло
скости стола и потому остаются совершенно невидимыми. На рисунке 48,1 показана подобная неправильно собранная и притом сравнительно простая установка. Совершенно иной вид принимает эта установка, когда преподаватель смонтировал её в демонстрационных целях при помощи подставок (рис. 48 II), подъёмных столиков (рис. 53) и угловых панелей, на которых укреплены приборы (рис. 48,11 и 55). Этот пример показывает огромное значение подставок и панелей при демонстрационном эксперименте (§ 12, 4—6), но нельзя вдаваться в крайность и доходить до чрезмерного применения подставок.
7. Значение фона. Видимость прибора или его отдельных частей во многих случаях возрастает при правильном подборе фона, на который глаз проектирует рассматриваемые объёкты. Значение фона основывается главным образом на явлениях контраста. Случается, что одни объекты, хорошо видимые на белом фоне,
60
£ 11, 8
оказываются мало заметными на чёрном или наоборот. Таким образом, на подыскание необходимого фона приходится обращать самое серьёзное внимание, несмотря на то, что на первый взгляд такое обстоятельство кажется несущественным.
Рис. 46. Помещение излишних приборов на демонстрационный стол — неправильная расстановка приборов.
При этом нужно иметь в виду, что преподаватель, чаще всего помещаясь за демонстрируемым объектом, сам служит фоном.
Для получения фона применяются экраны, сделанные из вертикально поставленных листов фанеры (рис. 45 и 56) (§ 12, 7).
Рис. 47. Правильное расположение приборов при демонстрации.
8. Освещение п подсвет. В целом ряде опытов плохо видны приборы, расположенные на демонстрационном столе, на фоне чёрной классной доски и освещаемые через окна сбоку слева, в особенности в сумеречные дни. Тонкие провода и детали некото
§ Н, 8
61
рых приборов, окрашенные в тёмные цвета, учащиеся не в состоянии рассмотреть. Поэтому в целях улучшения видимости даже днём приходится прибегать к дополнительному освещению.
Рис. 48, I и II. Применение преподавателем подставок позволяет учащимся ясно видеть на демонстрационном столе схему включения приборов в электрической установке (измерение ’мощности или сопротивления лампочки).
Однако, при неправильном освещении классной доски на ней возникают такие отсветы и блики, которые не позволяют видеть написанное на ней мелом. Подобное же явление отсветов получается также при проведении демонстраций, что может привести
62
£ 12, 1
к сильному, а то и полному исчезновению видимости. Действительно, многие приборы имеют стеклянные и металлические полированные части; отражение света от них создаёт настолько яркие блики, что происходит не только исчезновение видимости деталей, но и ослабление зрительного восприятия прибора в целом. Особенно важное значение это имеет, когда демонстрируются процессы, происходящие за стеклянной стенкой, например, в стеклянной посуде внутри жидкости.
Повышение видимости вообще и борьба с отсветами производится при помощи дополнительного освещения прибора спереди, сбоку или сзади (рис. 58). Особенно возрастает видимость при просвечивании сзади стеклянных приборов с жидкостями, для чего употребляется специальный осветитель, называемый просвечивающим экраном (рис. 57) (§ 12, 7).
§ 12.	Подсобные приборы»
1.	Назначение и виды подсобных приборов. Как было уже указано выше, подсобные приборы сами по себе не являются ни предметом демонстрации, ни тем более объектом изучения и никак не могут считаться необходимыми
для воспроизведения тех или иных физических явлений. К подсобным приборам относятся прежде всего всякого рода поддерживающие при
Рис. 49, I и И. Таган и железная асбестированная сетка.
способления: 1) таганы и лабораторные штативы; 2) подставки и подъёмные столики; 3) рамы; 4) угловые панели. Все эти приборы служат для создания точек опоры для основных приборов, когда последние надо расположить на известной высоте. Таганы и лабораторные штативы при этом предназначаются в основном для помещения на них колб, химических стаканов и т. п., на
§ /2, 2
63
греваемых на спиртовках или иных источниках теплоты, но, кроме того, в широкой мере употребляются и для укрепления на них других приборов.
Подставки и подъёмные столики применяются главным образом для обеспечения лучшей видимости приборов, позволяя, в частности, располагать приборы в случае надобности амфитеатром (рис. 48, П, 318 и 326).
Рис. 50, 1 и II. Лабораторный штатив и лапки к нему.
Кроме поддерживающих приспособлений, к подсобным приборам должны быть причислены всякого рода экраны, предназначенные в целях улучшения видимости для создания фона, осветители и ряд других приборов специального назначения, например, дымарь, наклонное зеркало и пр.
2.	Таганы и лабораторные штативы. Таганы (рис. 49) находят себе применение только при отсутствии или недостатке лабораторных штативов (рис. 50). Так как они более дёшевы, чем штативы, то их приходится употреблять при лабораторных работах. Основные недостатки таганов заключаются в том, что высота их не может быть изменена и помещённый на них прибор нельзя закрепить, как это нетрудно сделать при помощи лабораторных штативов. Лабораторные штативы снабжаются разного рода при
64
£ 12, 3
способлениями, из которых кольца служат, как подставки, и лапки, как приспособления, поддерживающие приборы на весу
(рис. 50,11). Кроме того, лапки не боров, поставленных на кольца. При зажимании стеклянных трубок, горлышек колб в лапках устраивают прокладки из бумаги или пробки. Тонкие металлические части зажимаются при помощи кусочков дерева.
При пользовании таганами и штативами для нагревания жидкостей в стеклянной химической посуде, необходимо между дном последней и пламенем помещать железную асбестирован-
допускают падения в сторону при-
Рис. 51. Рама настольная для опы- Рис. 52. Рама большая для магде-тов по механике.	бургских полушарий, электромаг-
нита и т. п.
ную по середине сетку (рис. 49, II). Без сетки посуда может лопнуть вследствие неравномерного нагревания её дна и стенок.
3.	Рамы. В продаже рам не имеется, но так как без них обойтись очень трудно, то их приходится изготавливать своими .силами или заказывать столяру. Как минимум нужны две рамы:
$ 12, 3
63
одна —настольная (рис. 51) и другая, предназначенная для установки на полу класса (рис. 52). Настольная рама служит, главным образом, для укрепления на ней блоков и полиспастов. Делают её из деревянных брусков (лучше всего из берёзовых, сечением примерно 2,5 см^Ь см), высотой 70 см. и шириной 100 см1к Бруски связываются между собой на ребро, чтобы они оказались широкой стороной обращёнными к зрителю. Основанием рамы
Рис. 53. Подъёмный столик.
может служить доска или, много лучше, ножки с откосами. Для укрепления на рамах в продаже имеются специальные блоки на струбцинках
Рис. 54. Технический вольтметр, смонтированный на угловой панели.
(рис. 242); для подвешивания же обыкновенных блоков, полиспастов и других приборов в верхний брусок ввёртывают петельки (рис. 452).
Большая рама предназначается для подвешивания магде-бургских полушарий и электромагнита с тем, чтобы продемонстрировать, что груз человеческого тела оказывается недостаточным для отрыва полушарий друг от друга или якоря от электромагнита (рис. 214 и 365). Большую раму делают из брусков (5 смх8 см) высотой в 180—200 см и шириной в 50—60 см*\
й Об изготовлении — см. т. III, § 10
5 Е. II. Горячкин
66
£ 12. 4—5
4.	Подставки. Обыкновенные кирпичи являются очень удобными подставками для приборов, но они тяжелы, царапают и пачкают демонстрационный стол. Поэтому находят себе приме
нение «кирпичи», сделанные из деревянного бруска с прямоуголь-
ным сечением (7 см X 12 см X 25 см) и окрашенные тёмной маслинной краской. Необходимы также подставки в виде прямоугольных параллелепипедов, сбитых из досок (узкие стороны) и клеёной фанеры. Во избежание загрязнения их покрывают «морилкой» и сверху каким-либо лаком. Для удобного захватывания при переносках на двух-трёх стенках просверливают отверстия для пальцев1^. Такие подставки находят себе самое широкое применение при демонстрационном эксперименте.
I
Рис. 55. Монтаж звонка на угловой панели с двояким расположением клемм.
в
II
5.	Подъёмные столики. Подъёмные столики служат, так же как и подставки, для помещения физических приборов на некоторой высоте над демонстрационным столом, главным образом для обеспечения видимости.
Подъёмный столик Гезехуса служит в качестве подставки для сравнительно крупных предметов. Размер его крышки обыкновенно делается около 50 смхЗЬ см. Высота его может изменяться при помощи вращающейся рукоятки, насаженной на вал с винтовой резьбой. Этот вал при своём
*) Об изготовлении — см. т. III, § 10.
§ 12, 6—7
67
вращении, действуя на гайки, укреплённые в скрещивающихся ножках, позволяет изменять высоту в пределах примерно от 10 см до 40 см. Простота изменения высоты и достаточная прочность столика заставляют настоятельно рекомендовать его для физического кабинета. Такой же рекомендации заслуживает малый подъёмный столик с круглой крышкой, применяемый для помещения на нём малых по размеру предметов (рис. 53). Высота его меняется посредством перемещения стержня во втулке чугунного основания. Закрепление стержня со столиком на той или иной высоте производится винтом А.
6.	Угловые панели. Угловые панели позволяют располагать приборы в вертикальной плоскости, в чём безусловно нуждаются манометры (рис. 171), некоторые измерительные электрические приборы (рис. 54), электрические звонки (рис. 55) и др.
Действительно, перечисленные приборы могут работать или давать правильные показания только тогда, когда они расположены вертикально. Но кроме того, к монтажу на панелях прибегают и в тех случаях, когда приборы, поставленные на демонстрационный стол, остаются скрытыми от глаз учащихся. К числу таких приборов относятся, главным образом, электрические приборы, как, например, звонок, всякого рода выключатели, модели телеграфа и пр. Чтобы выяснить выгоды монтажа на угловых панелях, достаточно сравнить между собой вид приборов при обычном расположении на столе и при монтаже их на углевых подставках. Угловые панели бывают двух типов: упрощенные и более сложные (рис. 54 и 55). Следует предпочесть последний тип, как более устойчивый1).
При монтаже электрических приборов следует на каждый провод ставить по две клеммы: одну А] и В, на верху панели и другую А2 и В2 снизу (рис. 55). Тогда подключение к верхним клеммам обеспечит видимое для учащихся раепдложение проводов навесу, что важно при некоторых демонстрациях, когда, кроме самих приборов, изучается также схема соединения приборов друг с другом. Нижние клеммы оказываются более удобными при лабораторных работах и в тех случаях, когда при демонстрациях нет надобности обращать внимание на схему соединения приборов между собой.
7.	Экраны для создания фона. Выше (§ 11, 7) было указано значение фона, на котором производится демонстрирование прибора или опыта. Во многих случаях, помещая за прибором небольшой экран, окрашенный белой или чёрной краской, удаётся значительно увеличить видимость. Чтобы убедиться в справедливости этого, нужно сравнить видимость одного и того же прибора на фоне белого и чёрного экранов. Экран нетрудно сделать своими силами, изготовив три брусочка (рис. 56, II) с поперечным про-
Об изготовлении — см. т. III, § 10.
5*
68

резом А посередине такой ширины, чтобы вставленный в них лист фанеры В удерживался в вертикальном положении х). Следует заготовить два-три листа фанеры различного размера и брать
из них тот наименьший, который соответствует размерам прибора. Листы делаются прямоугольной формы, что позволяет устанавливать их применительно к прибору двумя способами: длинным ребром горизонтально или вертикально. Одну сторону экрана покрывают белой краской или бумагой, другую нужно сделать матово-чёрной, покрыв её чёрной масляной краской (сажей), материей или бумагой
При демонстрации явлений, происходящих в
и,----------------50
Рис. 57. Устройство просвечивающего экрана.
Рис. 58. Лампа с глубоким колпаком и настольная электрическая лампа, полезные для подсвечивания.
жидкостях внутри стеклянных сосудов, несравненное улучшение видимости получается при пользовании просвечивающим экраном (рис. 57). Устройство его чрезвычайно просто. Из досок сколачивают ящик с фанерным дном. Ящик для придания большей устойчивости укрепляют на доске, образующей собой подставку. В боковых стенках просверливают широкие отверстия, служащие для вентиляционных целей. Внутри ящика устанавливают три-четыре патрона с лампочками накаливания (25 W, лучше 15 W). Провод, подводящий к лампам ток, снабжают штепсельной вилкой для включения в сеть ос-
• вещения. Переднюю стенку, показанную на рисунке 57 от-
сутствующей, делают из листа бумаги, лучше всего — белой обёрточной. Этот лист приклеивают наглухо по краям ящика. При горении ламп бумага пропускает через себя рассеянный мягкий свет.
х) Об изготовлении—см. т. Ill, § 10.
£ 12, 8—9
69
8.	Осветители. В сумеречные дни нередко приходится пользоваться дополнительными осветителями для освещения всей демонстрационной установки или её отдельных частей. В первом случае зажигают освещение во всём помещении класса; во втором — берут электрическую лампу, закрепив её патрон в лабораторном штативе и снабдив глубоким непрозрачным колпаком (рис. 58, 1). Из обычной настольной арматуры могут быть с большей пользой применены типы, показанные на рисунках 58, II и III.
9.	Наклонное зеркало. Для демонстрации некоторых явлений, происходящих в горизонтальной плоскости, можно поль-
Рис. 59. Применение наклонного зеркала для демонстрации явлений, происходящих на горизонтальной плоскости.
можно держать соответствую-
зоваться наклонным зеркалом. Проще всего использовать обыкновенное настенное зеркало размером примерно 70 смхЬО см. При пользовании зеркалом ег
щим образом в руках (рис. 59). Но в таком случае производство опыта требует второго человека, а присутствие двух людей около
Рис. 60. Устройство дымаря.
70
£ 12, 10; § 13, 1
установки заставляет их невольно мешать друг другу. Поэтому рациональнее наклонное зеркало смонтировать на специальной подставке или закрепить при помощи штатива. Тогда зеркалу можно придавать любой угол наклона и с помощью винта закреплять в том или ином положении.
10.	Дымарь. Как указано выше (§ 11, 5), для обеспечения видимости некоторых явлений по оптике и др. применяется задымление воздуха. Для получения дыма служит прибор, называемый дымарём. Сущность действия простейшего дымаря состоит в том, что через горящую папиросу продувают воздух так, чтобы последний входил в неё с зажжённого конца и выходил вместе с дымом из мундштука. Конструкция дымаря может быть различной, в зависимости от типа взятого сосуда. Если дуть ртом или нагнетать воздух насосом Шинца в трубку В, то через другую резиновую трубку А станет выходить густой дым (рис. 60). Об изготовлении дымаря — см. т. III.
§ 13. Проекционные приборы.
1.	Назначение проекторов. Проекционные приборы, или фонари, служат в основном для проектирования на экран увеличенных изображений прозрачных и непро
Рис. 61. Проекционный фонарь школьного типа и его устройство.
зрачных картинок, а также некоторых приборов и воспроизводимых с их помощью физических явлений. Кинопроекторы предназначены для получения движущихся изображений, а некоторые типы из них, кроме того, для воспроизведения записанного на плёнку звука (см. т. III, § 22, т. I, § 23). Наконец, проекционные приборы в школе используются также в качестве осветителей при опытах по оптике (§§ 54 и 55).
Существуют два способа проектирования—один из них общеизвестный, при которохм проектирование прозрачных или сильно освещённых объектов производится с помощью оптических линз (объектива). При другом способе на экране получают теневое
§ 13, 2
71
изображение непрозрачных предметов. Приборы для теневого проектирования описаны в § 24, 4.
2.	Типы проекционных фонарей. Проекционные приборы, применяемые в школе, могут быть разделены на два основных типа, предназначенных для проектирования: 1) картинок (рис. 61) и 2) физических приборов (рис. 62). По-
Рис. 62. Проекционный фонарь с оптической скамьёй (опыт — спектры паров металлов).
следний тип проекторов применяется также в школе не как подсобный, а как основной прибор для демонстрации некоторых явлений геометрической оптики, для чего снабжается особым устройством, называемым оптической скамьёй, и рядом принадлежностей (рис. 63). Кроме того, он используется для проектирования картинок, почему и может быть назван универсальным.
Проекционные фонари, служащие для проектирования картинок, в свою очередь бывают двух видов, называемых эпископами и диаскопами.
ЭпископохМ называют проекционный аппарат, служащий для проектирования на экран непрозрачных картин, например, рисунков, чертежей, текста из книг (рис. 64). Диаскоп предназначен для проектирования диапозитивов, т. е. прозрачных картинок, выполненных на стекле или целлулоиде (рис. 61 и 65). Эпидиаскоп — универсальный аппарат, позволяющий получать проекцию как прозрачных, таки непрозрачных картин (рис. 64). Наи-
72
£ 13, 3
Рис. 63. Набор к проекционной скамье.
В — корпус фонаря, А — задняя стенка корпуса с рефлектором, D — конденсор, F — рамка для диапозитивов, К — столик, L — часть скамьи, Е — рейтер , S — задняя стенка корпуса с вольтовой дугой, Р — лампочка 12 V, /V — раздвижная шель, М и Мч — экраны со щелями и круглыми отверстиями, О — объектив , 1 — подставки для вкладывания линз.
большее распространение получили диаскопы, называемые обычно проекционным фонарём.
3.	Дааскэп. Диаскоп имеет железный корпус, служащий для помещения источника света и снабжённый сбоку и снизу отверстиями, а также вытяжной или вентиляционной трубой А для обеспечения циркуляции воздуха, что необходимо в целях охлаждения (рис. 61). В корпусе имеется круглое отверстие для помещения конденсора, состоящего из двух плоско-выпуклых короткофокусных линз С, обращённых выпуклостями друг к другу (рис. 61, II). Конденсор предназначен для превращения расходяще-
§ /5, 3
73
Рис. 64. Эпидиаскоп.
Рис. 65. Проекционный фонарь для ленточных диапозитивов.
гося пучка света, падающего на него от источника света, в сходящийся пучок, служащий для освещения диапозитива. Для помещения диапозитивов, вставляемых в кассеты рамки (рис. 66), служит рамкодержатель Е на раздвижном тубусе В, в котором укреплён объектив О (рис. 61).
74
£ *3, 4
Изображение диапозитива при помощи этого объектива проектируется на экран. В простейшем случае объективом может служить одна выпуклая линза; для уменьшения аберраций — хроматической (радужная окраска) и сферической (расплывчатость изображения) — объектив составляют из двух или большего количества соответствующим образом подобранных линз.
Описанный диаскоп носит название школьного проекционного фонаря. Для проектирования приборов он непригоден, что суживает круг его применения в преподавании физики. Однако при некоторой простой переделке, заключающейся в удалении
Рис. 66. Рамка А с кассетами В для удобной смены диапозитивов (7.
выступающей части корпуса и в укреплении объектива на отдельном штативе, фонарём можно с успехом пользоваться для проектирования приборов. К числу диаскопов должен быть отнесён также малый проекционный фонарь для плёночных диапозитивов (рис. 65). Устройство его осветителя показано на рисунке 67. О диапозитивах — см. т. I, § 22, рис. 48—52.
4.	Эпископ. Если в диаскопах для йолучения изображения используется свет, проходящий через диапозитив, то в эпископах изображение получается от света, отражённого от непрозрачной картинки (рис. 68). На рисунках 68, 1 и II показан схематически разрез эпископа, где S — источник света, освещающий непрозрачную картинку Р. Лучи света, отражённые от этой картинки, падают на плоское зеркало В и после отражения от него поступают в объектив О. Для эпископа, кроме использования отражённого, а не проходящего через картинку света, характерно отсутствие конденсора. Кроме того, для эпископа совершенно необходим более светосильный, чем в диаскопе, объектив, ввиду значительных потерь света при отражениях от картинки и от зеркала. Поэтому диаметр линз объектива у эпископа берётся более значительный, чем у диаскопа (рис. 61 и 62). Помимо того, в эпископах, как правило, приходится пользоваться возможно
£ /5, 5
75
более сильными источниками света, чтобы получать на экране достаточно яркое изображение. Так как сильный источник света выделяет много теплоты, то для охлаждения должны быть приняты соответствующие меры, для чего в корпусе сделано значительное число вентиляционных отверстий.
Рис. 67. Схема устройства осветителя с лампочкой S у проекционного фонаря (рис. 62 и 65). А — конденсор; В — рефлектор.
На рисунках 64 и 68 изображён аппарат, допускающий не только эпископическое, но и диаскопическое проектирование. Поэтому он снабжён ещё конденсором Е и объективом М (рис. 68, I). В случае использования аппарата для эпископического проектирования конденсор закрывается от проникновения света непрозрачным экраном С, управляемым рукояткой К, расположенной
Рис. 68. Схемы применения эпидиаскопа (рис. 64) для диаскопического (I) и эпископического (I) проектирования.
сбоку корпуса (рис. 64). Для диаскопической проекции экран С опускается на дно аппарата, и свет от источника падает на конденсор и, пройдя сквозь него, освещает диапозитив, проектируемый объективом М.
5.	Проекционный фонарь с оптической скамьёй. Проекционный фонарь с оптической скамьёй, выпускаемый Главучтехпро-мом для проектирования приборов, диапозитивов и демонстра
76
$ 13, 6—7
ции некоторых явлений по оптике, показан в собранном и разобранном виде на рисунках 62 и 63.
Основанием фонаря служит скамья из двух металлических прутьев—«рельсов», на которых помещается корпус В с источником света (лампочка Р, 12 V или 120 V, или вольтова дуга S) и с конденсором D. На скамье могут быть помещены движки Е, предназначенные для укрепления на них: объектива О\ рамки для диапозитивов F; подъёмных столиков Я; линзодержателей J;
непрозрачных экранов М и/V с одной
Рис. 69. Фонарь (осветитель) нового типа с лампой в 300 W (рис. 71, V) для проекционной скамьи.
или несколькими щелями и с круглыми диафрагмами. В новейшей модели фонаря с оптической скамьёй применён корпус иного устройства с более мощной лампой на 110 V (рис. 69). Вольтова дуга смонтирована в другом корпусе с откидным верхом (рис. 70, I и II).
Об управлении фонарём и использовании его для опытов — см. § 23.
6.	Источники света для проекционных фонарей. Проще всего вопрос об
источниках света для проекционных фонарей решается в том случае, когда в школе имеется электрическое освещение. Ис
точниками электрического света могут служить: вольтова дуга или специальные проекционные лампы; в ряде случаев с успехом можно применять также обычные осветительные лампы.
В случае отсутствия в школе электроэнергии единственным подходящим источником света является карбидная (ацетиленовая) горелка (рис. 79), дающая вполне удовлетворительные результаты при правильном и аккуратном пользовании ею. Приме-
нение керосиновых ламп, конечно, возможно, но результаты, полученные с ними, окажутся худшими, даже по сравнению с осветителем, состоящим из лампочки от карманного фонарика, питаемой элементами типа MBD (§ 17. 7).
Если школа имеет возможность заряжать аккумуляторы где-нибудь поблизости, то для проекционного фонаря следует пользоваться проекционной лампочкой на 6—12 V (рис. 71).
7.	Вольтова дуга. Применение вольтовой дуги в качестве источника света для проекционных фонарей в условиях современной техники, располагающей специально сконструированными про-
Рис. 70. Ручной регулятор для вольтовой дуги в оптической скамье.
78
$ 13, 7
екционными лампами, не является необходимостью, за исключением некоторых демонстраций, не находящих себе места в курсе физики семилетней школы. Поэтому здесь вопрос о вольтовой дуге, как основном источнике света для фонарей, не рассмат-
Рис. 71, I—VI. Лампы для проекционных фонарей:
I — бытовая, II — кинопроекционная — 110 V и 300 W, 111 — в 500 W от эпидиаскопа, у _ кинопроекционная — 12 V и 30 W, IV — «точечная» от проекционной скамьи, VI — «котельная» — 12 V.
§13, 8
79
ривается. Однако, приходится всё же упомянуть о регуляторе для вольтовой дуги, входящем в комплект фонаря с оптической
скамьёй, Главуч-техпрома. На рисунке 70 показано устройство такого регулятора. Угли расположены под углом и сближаются и раздвигаются посредством вращения винтов N с широкими головками. Основное неудобство заключается в том, что нет* приспособления для одновременного управления обоими углями, и каждый из них должен
Рис. 71, VII—IX.
Лампочки: от карманного фонарика (VII) рудничная на 4 V. для переносных фонарей (VIII) и прожекторная (IX).
перемещаться отдельным винтом. Вследствие этого
зажечь дугу, а тем
более поддерживать её правильное горение —сложное дело. Для наблюдения за горением дуги в корпусе сделаны окошечки М. О
Рис. 72. Штатив для осветительной лампы.
питании вольтовой дуги — см. § 43.
8.	Осветительные лампы. Чем меньшую площадь занимает в электрической лампочке накаливаемый волосок, техМ с большим к. п. д. может быть в проекционных фонарях использован её свет. Поэтому наилучшие результаты по сравнению с другими обычными осветительными даёт лампочка с биспи-ральным волоском.
Такую лампочку с успехом можно применять в школьном проекционном фонаре (рис. 61). Для осветительных ламп Главучтехпром выпускает специальные подставки (рис. 72). Такие подставки, позволяющие изменять высоту лампы, снабжены для лучшего
использования света вогнутыми зеркалами М (рефлекторами).
80
£ 13, 9—11
9.	Кинопроекционная лампа в 300 W. У лампы от кинопроекционного аппарата УП-1 и УП-2 (см. т. Ill, § 22), которая с большим успехом может применяться в школьном проекционном фонаре, волосок расположен так, что занимает сравнительно небольшую поверхность (рис. 71, И). Подобные лампы изготовляются мощностью в 300 W и для напряжений в 110 и 210 V. Достоинство кинопроекционной лампы в 300 W в её значительной мощности и, следовательно, в сильном свете. К числу «недостатков» должно быть отнесено устройство цоколя, требующего специального патрона типа Свана.
Правила пользования кинопроекционной лампой в 300 W:
I.	Лампа при своём горении выделяет, вследствие своей значительной мощности, большое количество теплоты, и стекло её баллона нагревается настолько, что приведённые в соприкосновение с ним бумага и другие горючие вещества воспламеняются. По причине значительной теплоотдачи её можно использовать только в железном корпусе фонаря; помещать же ее внутри картонных или деревянных корсбок ни в коехм случае нельзя.
II.	Лампа при своём горении должна: а) занимать обязательно вертикальное положение и б) быть обращённой цоколем вниз. При расположении её боком или цоколем вверх стекло баллона расплавляется, вспучивается и затем лопается.
10.	Лампа в 500 W для эпидиаскопа. Лампа для эпидиаскопа имеет такое же расположение волоска, как и кинопроекционная, и при пользовании ею должны соблюдаться изложенные выше требования. Благодаря большому объёму баллона лампа допускает при работе наклонное положение (рис. 68). Так как лампа имеет цоколь Эдисона, то её очень просто использовать в школьном проекционном фонаре, и, если не считаться с количеством расходуемой электроэнергии, она является наилучшим источником света при проектировании диапозитивов (рис. 71, III).
11.	Кинопроекционная лампа на 12 V. В старого типа проекторах для диапозитивов на киноплёнке (рис. 65) и у школьной проекционной скамьи (рис. 62) применялись в качестве источника света кинопроекционные лампы на 12 V мощностью b30W или 50 W (рис. 71, V). В новых образцах этих проекционных аппаратов в настоящее время используется «точечная» лампа (рис. 71, IV). К числу «недостатков» лампы на 12 V относится необходимость применять трансформатор, снижающий напряжение тока освеще-
f 12
81
ния co 120 V или 220 Удо 12 V (§ 51). Лампа требует патрона Свана (рис. 73).
12.	Включение ламп для проекционных фонарей. Включение осветительных ламп (рис. 71, I), применяемых в проекционном
фонаре, производится обычным путём посредством шнура со штепсельной вилкой, вставляемой в штепсельную розетку. Точно так же присоединяется к осветительной сети лампа эпидиаскопа (рис. 71, 111). «Точечная» проекционная лампа и кинопроекционная рассчитаны на напряжение в 110 V и весьма чувствительны как к недокалу, так и перекалу. В первом случае лампы станут давать недостаточное количество света, во втором — срок службы их сильно сократится, и они быстро пе
Рис. 73. Патроны Свана.
регорят. Поэтому весьма полезно включать их через автотрансфор-
матор, употребляемый для поддержания нормального напряжения у радиоприёмников (рис. 74). Такой трансформатор позволяет
повысить или понизить на-
Рис. 74. Автотрансформатор. 07 — сеть выключена;
пряжение по сравнению с сетью освещения. Схема автотрансформатора показана на рисунке 75, 11; его щиток с гнёздами для вилок—на рисунке 75,1. Лампа кинопроектора присоединяется вилкой к гнёздам с надписью «выход». Вилка, подводящая ток от сети освещения, одной ножкой вставляется в гнездо 0. Поворачивая вилку вокруг этой ножки, можно другую ножку вставить в любое из гнёзд 7, 2, 3, 4 или <5. Схема рисунка 75 показывает, что при включениях в гнёзда:
02 —напряжение на выходе меньше, чем в сети;
03 —напряжение на выходе равно напряжению в сети;
04 — напряжение на выходе больше, чем в сети;
05 — напряжение на выходе ещё сильнее повышается по срав
нению с предыдущим случаем.
6 Е. Н. Горячкин
82
§ 13, 12
Настоятельно рекомендуется применение сетевого автотрансформатора1), тем более, что он окажется полезным при постановке некоторых опытов.	тт
Выход
Сеть
Рис. 75. Щиток автотрансформатора (I) и его схема (II).
Для кинолампы на 12 V надо пользоваться специальным трансформатором с щитком для изменения напряжения (рис. 76, I) в пределах примерно 10—18 V, для чего вилка от лампочки на 12 V может быть вставлена в гнёзда одним из трёх способов (рис. 76,11).
I	II
Рис. 76. I — кинотрансформатор, позволяющий получить напряжения 6, 12, 14, 16 и 18 V; II — простейший щиток для напряжений 10, 12 и 14 V.
Если проекционные лампы имеют напряжение в 110 V, а напряжение в осветительной сети равно 220 V, то для понижения напряжения соответствующим образом необходимо применять трансформатор с 220 V на 120 V. За отсутствием такого трансфор-
’) Следует взять автотрансформатор мощностью до 500 W во избежание перегревания обмотки. Приобрести его можно в радиомагазине.
§ 13, 13
83
матора лампы можно включать в сеть через реостат, проще всего ламповый (§ 43).
13.	Центрирование света. Лучи света от источника распространяются во все стороны, но в проекционных фонарях используется лишь та их часть, которая падает на конденсор. Поэтому в целях максимального использования света сзади источника ставят вогнутое зеркало (рис. 72). Необходимейшим условием для успешного пользования проекционными фонарями является умение правильно установить: 1) источник света по отношению к конденсору и главной оптической оси и 2) зеркало по отношению к источнику света.
1) Установка обыкновенной лампочки и вольтовой дуги. Сначала рассмотрим вопрос об установке источника света, в виде обыкновенной лампочки, по отношению к конденсору, считая, что зеркало отсутствует.
Лампочку или вольтову дугу необходимо расположить так, чтобы нить лампы или пламя дуги оказались расположенными на главной оптической оси, проходящей через центры конденсора и объектива. Кроме того, далеко,не безразлично, на каком расстоянии от конденсора находится вольтова дуга или лампа. При неправильном расположении источника света на экране образуются тёмные пятна или же края освещённого круга примут радужную окраску. Радужная окраска красноватого цвета показывает, что источник расположен слишком близко; тогда осветитель надо отодвинуть от конденсора. При синеватой окраске источник находится чересчур далеко, и его надо придвинуть к конденсору. В нижеследующей таблице (стр. 84) изображены виды тёмных пятен, получаемых на экране при неправильной установке источника, и указаны способы для их устранения.
Для получения правильно освещённого круга на экране надо перемещать соответствующим образом всю подставку (рис. 72) или одну лампочку на ней. После установки лампочки на подставку надевают рефлектор-зеркало . и, не смещая подставки и лампы, меняют расстояние и высоту рефлектора до полного исчезновения бликов на экране.
Вопрос о центрировании света рассмотрен также в § 24.
2) Установка кинопроекционных ламп. Рассмотрим сначала установку кинопроекционной лампы на 12 V (рис. 71, V), применяемой в малом проекционном фонаре (рис. 65) и оптической скамье (рис. 62).
Центрирование лампы на 12 V:
I. Лампочку 5 располагают волоском к конденсору В и притом так, чтобы плоскость волоска оказалась перпендикулярной к главной оптической оси (рис. 77).
6*
84
$ 13, 13
Центрирование света
	Вид	пятен	Причина: источник света находится	У стране н и е. источник света сместить
1		Кольцо по краям	далеко	придвинуть
2	о	Два серпа по краям	»	»
3		Пятно в центре	близко	отодвинуть
4		Серп справа	справа	влево
5	□	Серп слева	слева	вправо
6		Серп сверху	выше	вниз
7		Серп снизу	ниже	вверх
8	I	I	Пятен нет	Установка	правильна
§ 13, 13
85
П. Посредством объектива получают на экране светлый круг. Перемещая объектив, добиваются, чтобы этот круг имел резко очерченные края, не обращая внимания на тёмные пятна внутри круга. Замечают, на каком расстоянии от конденсора расположится при этом передняя линза объектива.
III.	Снимают объектив и на то место, где располагалась передняя линза объектива, помещают перпендикулярно к оптической оси лист белой бумаги. Тогда на листе получится изображение светлого круга с яркой точкой или пят-HOxM внутри.
IV.	Перемещают патрон с лампой по отношению к конденсору вперёд или назад так, чтобы светлое пятно прежде всего приняло наименьшую величину.
V.	Поднимают патрон с лампой выше или ниже и добиваются, чтобы пятно расположилось на горизонтальном диаметре освещённого круга.
VI.	Вращают патрон с лампой, чтобы пятно оказалось точно в центре круга.
Когда последнее требование будет выполнено, установку лампочки можно считать законченной, и тогда на экране с помощью объектива может быть получен освещённый круг, не содержащий пятен.
После этого надо установить зеркало В (рис. 77). Прежде всего отодвигают объектив от конденсора так, чтобы на экране получилось резкое (обратное) изображение Ь раскалённой нити лампочки в увеличенном виде. Затем, приближая зеркало к лампочке, а также меняя наклон зеркала, добиваются, чтобы появившееся на экране второе (прямое) изображение а нити оказалось в «фокусе» й расположилось так, как показано на рисунке 78,1.
Подобно лампе на 12 V производится установка кинопроекционной лампы на 120 V (300 W). Лампу в 300 W помещают так, чтобы её светящая площадка оказалась перпендикулярной к оптической оси и расположилась против середины конденсора. Для установки лампы в 300 W руководствуются положениями II—VI изложенных выше правил или указаниями, данными в таблице (пункт 1).
Зеркало к этой лампе устанавливают так, чтобы получить на экране (при отодвинутом на должное расстояние объективе) вто-
86
£ /5, U
В
Рис. 77. Правильное положение кинопроекционной лампы на 12 V относительно первой линзы В (выпукловогнутой) сложного конденсора.
рое изображение зигзага нити, смещённое относительно первого (рис. 78, II).
Вопрос о центрировании света киноламп на 12 V и на 120 W изложен также в § 21.
14. Карбидная (ацетиленовая) лампа. На рисунке 79 показана карбидная (ацетиленовая) лампа, которую приходится применять в проекционном фонаре при отсутствии электрического освещения в школе. Достаточно яркое для проектирования пламя в этой горелке получается при горении газа ацетилена, выделяющегося из карбида кальция при действии на него воды. Для получения газа служит устройство А, называемое генератором; ацетилен сгорает в рожке J горелки В. В состав генератора входят: резервуар С, в котором помещается ведёрко D, куда засыпают карбид; бачок Е для воды с винтом — для регулировки её подачи (рис. 79, III).
Существует несколько различных конструкций ацетиленового генератора, поэтому они не описываются. К лампе обычно приложена инструкция по зарядке карбидом и управлению ею.
После использования генератора и горелки их надо разобрать, вычистить, вымыть и высушить.
Рис. 78. Изображения на экране нитей накала лампочек на 12 V и 120 V при правильном расположении зеркала.
Изображение: Ъ — от конденсора, а — от рефлектора.
Центрирование света ацетиленовой горелки производится точно так же, как при электрических лампах.
§ 13, 15, § 14, 1
87
15. Уход за проекционными приборами. Для проекционных фонарей желательно сшить чехлы из плотной материи для защиты
от пыли, главным образом, их «оптики».
Как линзы, так и зеркало требуют самого бережного обращения и ухода. Стёкла следует периодически протирать посредством кусочка замши или самой мягкой (стираной) и безусловно чистой тряпочкой. Протирание пальцами, а тем более первой попавшейся под руки тряпкой, хотя бы чистой, недопустимо, так как может привести к образованию царапин, в особенности на стёклах, сделанных из плексигласса. Зеркала в случае запыления обмахивают мягкой волосяной кисточкой или очень осторожно протирают мягкой тряпочкой. При образовании на зеркалах пятен иногда помогает обмывание их поверхности спиртом с последующим протиранием их сухой тряпочкой.
§ 14. Технические модели.
1. Назначение и виды моделей. Вопрос о назначении и видах технических моделей подробно рассмотрен в т. Л, § 17. Поэтому здесь мы ограничимся описанием конструкций некоторых из них (паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, водяные турбины, насосы и др.). Упрощенные модели, изготавливаемые своими силами, описаны вт. III.
Рис. 79, III. Устройство генератора.
88
§ t4, 2
Рис. 80. Модель парового котла и вертикальной паровой машины с золотниковой коробкой.
Рис. 81, 1. Упрощенная модель паровой машины с качающимся цилиндром.
2. Паровые машины и парораспределительные механизмы. Мо-
дели паровых машин по своему внешнему виду напоминают машины, применяемые в технике. Котлы у наиболее совершенных моделей имеют соответствующую арматуру, как-то: манометр,
водомерное стекло, предохранительный клапан, насос для по-
дачи воды, свисток и т. п. Паровая машина такой модели содержит паро распределительный	меха-
низм — золотниковую коробку, коленчатый вал, эксцентрик и маховик (рис. 80). Благодаря этому модель с большим успехом находит себе применение при рассмотрении устройства паровой машины. В настоящее время промышленностью выпускается упрощенная модель, показанная на рисунке 81. 1. Парораспреде-
Рис 81, II. Устройство цилиндра упрощенной паровой машины.
ление производится без помощи золотниковой коробки посредством качающегося цилиндра (рис. 81, II).
Перед пуском в ход моделей надо прежде всего убедиться, что
предохранительный клапан находится в полной исправности, ина
§	3
89
че возможен взрыв котла. Для такой проверки следует насосом
Шинца (рис. 206) продуть воздух через отверстие для наливания
воды. Если клапан в исправности, то станет выходить наружу. В случае загрязнения клапана его надо самым тщательным образом очистить, не прибегая при этом ни к ножу, ни к наждачной бумаге, чтобы не сделать на клапане царапин. До пуска в ход необходимо также смазать подшипники у паровой машины и убедиться, что её вал с маховиком сравнительно свободно поворачивается от руки.
После проверки клапана и смазки наливают в котёл воды так, чтобы её уровень поднялся почти до верха. Горелку наполняют денатурированным или древесным спиртом (не керосином!) и, поставив горелку в топку, зажигают. Так как механизм паровой машины может оказаться на мёртвой точке, то после пуска пара в цилиндр следует подтолкнуть маховик от руки.
Промышленностью выпускалась также паровая турбина (рис. 82, I и II). Достоинство модели заключалось в зна-
воздух, приподняв его,
Рис. 82, I. Упрощенная модель активной паровой турбины.
чительной величине турбины и главное в том, что, сняв крышку, можно увидеть устройство ротора.
Модели парораспределительных ме-
ханизмов, выпускаемые промышлен-
ностью, настолько несовершенны в демонстрационном отношении (рис. 83), что им следует предпочесть самодельные или даже печатные таблицы: «Устройство паровой машины». Приводятся в действие модели вращением рукоятки.
3.	Двигатель внутреннего сгорания. Большой интерес для школ представляет собой действующая модель авиационного моторчика, сконструированная для летающих моделей (рис. 84). Демонстрация этой модели, приводящей в быстрое вращение пропеллер, производит исключительно сильное впечатление на учащихся при её демонстрации на уроке или при кружковых занятиях.
Двигатель состоит из цилиндра с картером Л, карбюратора В, бака для горючего С и индукционной катушки, служащей для получения искры в свече Е. Для питания индукционной катушки необходима батарейка от карманного фонарика или 2—3 элемента или аккумулятора. Двигатель— двухтактный (а не че-
90
$ 14, 3
Рис. 82, II. Устройство упрощенной модели паровой турбины.
Рис. 83, I. Модель парораспределительного механизма с золотниковой коробкой.
тырёхтактный!); поэтому его приходится применять лишь для демонстрации действия, а не для объяснения его устройства. За недостатком места отказываемся от описаний устройства и правил пуска его в ход, отсылая преподавателя к инструкции, прилагаемой к модели при продаже.
§ м, 3
91
Рис. 83, II. Модель парораспределительного механизма с золотником в виде двух поршней.
Модель механизма двигателя внутреннего сгорания полу-
чила значительное распространение в школах
несмотря на свои крупные недостатки, весьма нужным прибором при изучении четырёхтактного двигателя (рис. 85). Посредством рукоятки, помещённой сзади прибора, приводится во вращение вал с кривошипом А, действующим на шатун В поршня и заставляющим последний перемешаться попеременно вверх и вниз. На этом*же валу помещена шестерня 4, сцеплённая с двумя другими шестернями 1 и 2, снабжёнными кулачками. При. соответствующих движениях кулачков происходит открывание и закрывание впускного и выпускного клапанов. В том месте, где помещается свеча, поставлена лампочка от карман-
и является,
92

кого фонарика, зажигающаяся в начале третьего такта в момент, соответствующий вспышке. Лампочка требует батареи в 3—4 V, присоединяемой к соответствующим клеммам, имеющимся на корпусе модели.
Рис. 85, I и II. Модель механизма двигателя внутреннего сгорания (клеммы + и — служат для включения батареи).
Корпусу модели придана объёмная форма, и в широкой мере применена раскраска отдельных частей для их выделения. Существенным недостатком модели является то, что клапаны сами по себе плохо видны, и это делает мало заметными их движения.
Свечу от двигателя внутреннего сгорания можно легко достать в любом гараже.
4.	Водяные турбины. На рисунке 86 показана модель налив-» ного и подливного колёс. Для демонстрации наливного колеса жолоб А, на который льют воду, помещён сверху; при показе подливного пользуются бачком В, с отверстием, закрываемым задвижкой С. В первом случае вода, заполняя ковши, приводит ко
§ 14, 1
93
лесо во вращение своим весом; во втором — используется кинетическая энергия воды, текущей по жолобу D.
Модель водяной турбины Пельтона имеет достаточно крупные размеры и, главное, стеклянные стенки, что позволяет хорошо видетьеё внутреннее устройство; она служит весьма ценным пособием (рис. 87). Для приведения её в движение пользуются водопроводом, присоединяя её сопло А к водопроводному крану посредством резиновой трубки. Для выхода отработанной воды служит патрубок, на который надевают широкий резиновый шланг, взятый, например, от старого противогаза. При демонстрациях,
Рис. 86. Подливное и наливное колесо.
чуть отвернув кран, получают сначала настолько слабую струю, чтобы вращение колеса происходило медленно, иначе вследствие быстрого вращения увидеть что-либо трудно. Затем, открывая кран сильнее, постепенно увеличивают скорость до максимума. Предел при этом наступает, когда отработанная вода перестаёт успевать вытекать через водоотводящий патрубок.
Описанная турбина Пельтона развивает сравнительно значительную мощность, благодаря чему от неё можно приводить в действие небольшую динамомашину, например, велосипедную. Уход за турбиной выражается в удалении воды после приведения её в действие, для чего приходится снимать хотя бы одно стекло со стороны, противоположной шкиву. Для этого отвёртывают вин ты С, удерживающие лапки. У турбины необходимо периодически смазывать подшипники. Может случиться, что вал разрегулируется; тогда отвёртывают крышку подшипника и посред-
94
§ 14, 5 - 6
ством отвёртки, вставленной в шлиц (т. е. в прорез, подобный имеющемуся у шурупов), вращают подпятник (рис. 88). На конце этого подпятника, обращённого к валу, сделана конусообразная выточка, в которую входит конус, имеющийся на конце вала турбины. Подпятник, имея на своей поверхности винтовую резьбу, может быть при своём вращении отвёрткой приближен или удалён от конуса вала. Его поворачивают настолько, чтобы
Рис. 87. Модель турбины Пельтона.
вал потерял способность к смещениям, перпендикулярным к его оси (наверх, вниз, вправо или влево), но при этом легко поворачивался вокруг своей оси.
5.	Водяные насосы. Лучшими моделями являются сделанные из стекла и укреплённые на железных штативах (рис. 89—90). Клапаны конусообразной формы сделаны из жёлтого стекла и поэтому хорошо видны (рис. 91). Для плотного прилегания к стенкам цилиндра поршень обматывают ниткой. Если нитки высохли, то насос не сможет работать до тех пор, пока их не смочат.
6.	Разные модели. 1) Детские игрушки. Преподавателю следует приобретать некоторые детские игрушки, особенно те из них, которые могут служить для демонстрации физических явлений как в классе, так и при кружковой работе (планёр, парашют, лодочка с реактивным паровым двигателем, волчок, мо-
§14, о
95
Рис. 88, I и II. Устройство подпятника у модели турбины Пельтона.
Рис. 89. Стеклянная модель водяного всасывающего насоса. (2 — впускной клапан; 2 — поршень с клапаном).
Рис. 90. Стеклянная модель водяного нагнетающего насоса.
1 — впускной клапан; 2 — поршень; 3 — выпускной клапан, А — воздушная «подушка».
дель самолёта, ванька-встанька и др.). Приобретение какой-либо заводной игрушки, например, автомобиля или паровоза, нужно признать необходимым при изучений вопроса об упругой энер-
96
$ 14, 6
гии и механическом движении. Интересно показать учащимся
движущиеся модели электрического трамвая или электровоза и
Рис. 91. Устройство клапанов из стекла.
ных механизмов (ремённая, мых как для демонстраций
танка на гусеничном ходу.
Вообще преподаватель среди игрушек может найти весьма полезные приборы для изучения физики. (Об игрушках и их использовании — см. т. 1, §§ 17 и 49, 7, рис. 23 и 110—ИЗ, а также т. 111.)
2) Набор «Конструктор» является исключительно ценным пособием, так как позволяет из отдельных деталей собрать самые разнообразные модели машин-орудий (тележка, ворот, подъёмный кран и др.) и передаточ-зубчатая, фрикционная), необходи-в классе, так и при работе в круж-
Рис. 92, II. Модель подъёмного крана, собранная из деталей набора «Конструктор».
Рис. 92, I. Модель ремённой передачи, собранная из деталей набора «Конструктор».
ках (рис. 92—93). К набору прилагается электромотор, работающий через трансформатор от сети освещения (рис. 383, 1 и 11).
3) Ш а р и к о - и роликоподшипники служат объектом демонстрации при изучении трения (рис. 94) (см. т. 1, рис. 19).
3
Рис. 93. Важнейшие детали из набора «Конструктор»:
1 — Уголковое железо: 2, 3 и 6 — болты с гайками; 4 — полосовое железо; 5 и 17 — накладки угловая и плоская; 7 и 8 — оси; 9— чстановочное кольцо и 18 — муфта соединительная; 10 — шкив желобчатый; и — плита; 14 — рейка зубчатая; 15 и 16 — колеса;
19 — колесо железнодорожное.
7 Е. Н. Горячкин
98
£ /5, 1—2
Рис. 94. Шарикоподшипник (кольцо и часть обоймы показаны вырезанными).
§ 15. Измерительные приборы.
1.	Виды измерительных приборов. К числу наиболее важных и часто применяемых в семилетней школе приборов принадлежат: весы (рис. 95—99); динамометры (рис. 103—105); термометры (рис. 106) и электрические измерительные приборы (рис. 110—ИЗ). Здесь мы рассмотрим наиболее употребительные виды этих приборов, дополнив описание в соответствующих местах при изложении применения их для опытов и лабораторных работ.
2.	Аптекарские весы. В семилетней школе находят себе применение три вида весов: аптекарские (рис. 95), Беранже (рис. 97) и демонстрационные (рис. 98). Кроме того, в физическом кабинете ока
зываются полезными технические весы (рис. 99).
Из аптекарских весов лучшими являются весы с плоскими чаш-
Рис. 95. Весы аптекарские.
ками. Аптекарские весы (рис. 95) для проведения демонстрационного эксперимента мало пригодны и находят себе применение при лабораторных работах. Устройство аптекарских весов просто и общеизвестно. При уходе за весами следует
Рис. 97. Весы Беранже.
Рис. 96. Схема устройства весов Беранже.
£ /3, 3
99
периодически производить очистку их призм от пыли и грязи. При пользовании весами во избежание порчи призм и потери чувствительности не следует перегружать весы взвешиванием грузов по величине больше предела, указанного на коромысле ве-
сов. Чувствительность аптекарских весов бывает обыкновенно 0,01 г, -Для аптекарских весов в продаже существуют специальные штативы А; при отсутствии последних могут также быть использованы с успехом обыкновенные лабораторные штативы (рис. 50).
3.	Весы Беранже. Схема устройства весов Беранже приведена на рисунке 96; внешний вид их показан на рисунке 97.
Весы Беранже до 2 кг находят себе применение в лабораторных работах: для демонстрационного эксперимента следует иметь 7*
100
$ 15, 4—5
весы до 10 кг, лучше с плоскими «чашками». Чувствительность весов Беранже достигает обычно 0,5 г, но хорошо отрегулированные весы чувствуют 0,1 г. При пользовании весами нагрузка выше предельной нежелательна, так как приводит к уменьшению их чувствительности. Перед пользованием весами следует убедиться, что призмы не выскочили из своих опорных подушек, что случается довольно часто, обыкновенно после переноски весов с места на место. Уход за весами сводится к очистке от грязи, которая легко накапливается на подушках.
Рис. 99. Весы технические и их детали.
4.	Весы демонстрационные. Для демонстрационных весов, кроме сравнительно крупных размеров, характерно наглядное расположение их деталей, позволяющее легко объяснить назначение и устройство отдельных частей, в том числе и арретира (рис. 98). Одна или обе чашки В, В весов могут быть заменены укороченными чашками А, А, снабжёнными снизу крючком для подвешивания ведёрка Архимеда или какого-нибудь тела. Уширение на конце стрелки и крупная шкала обеспечивают видимость на значительном расстоянии как колебаний стрелки, так и наступления равновесия. Чувствительность весов достигает 0,5 г, иногда 0,1 г.
5.	Весы технические. Иметь один экземпляр технических весов в семилетней школе необходимо (рис. 99). Такие весы, помимо того что дадут возможность преподавателю для тех или иных своих нужд производить сравнительно точные взвешивания,
§ 75, 3
101
Правила обращения с техническими весами:
I.	Буквы П и Л, выдавленные на серьгах В (подвесах для чашек) и чашках А, обозначают сторону коромысла (правую или левую от стрелки), на которую должны быть подвешены эти части.
II.	Перед взвешиванием прежде всего производится установка весов по имеющемуся отвесу F при помощи установочных винтов Е. Установка весов может считаться произведённой правильно, если остриё гирьки отвеса F окажется против острия указателя (рис. 99, III).
III.	Разарретировав весы, следует убедиться, что нулевое положение стрелки (т. е. положение покоя в предположении отсутствия трения) соответствует примерно среднему делению шкалы, для чего производятся отсчёты отклонений стрелки вправо и влево. Если нулевое положение окажется сильно не совпадающим со средним делением шкалы, то для совмещения их перемещают путём вращения грузик D, изменяющий центр тяжести коромысла.
IV.	Все операции с весами — подвешивание серёг и чашек, наложение взвешиваемого груза и разновесок, а также корректирование нулевого деления — безусловно необходимо производить, предварительно арретировав весы. При переноске весы также должны быть арретированы; чашки же при этом следует слегка придерживать пальцами.
V.	Если при разарретировании чашки весов оказываются приведёнными в колебательное движение, то колебание следует прекратить, прикасаясь к чашкам мягкой кисточкой или шолоской бумаги.
VI.	Нельзя производить взвешивание мокрых сыпучих тел, а тем более каких-либо химикалиев, помещая их непосредственно на чашки весов. Взвешивание таких объектов следует делать, пользуясь какой-либо тарой или, только в крайних случаях, положив на чашки весов бумажные кружки одинакового размера.
102
£ /5, 6
Рис. 100, I. Разновес латунный.
М иллиграммы
Рис. 102. Как следует брать разновески.
Рис. 100, II. Разновески от 10 мг до 500 мг.

Рис. 101. Разновес керамический.
окажутся полезными для замены демонстрационных весов при их отсутствии. Кроме того, для некоторых опытов (взвешивание воздуха, обнаружение большей весомости углекислого газа по сравнению с воздухом и т. п.) демонстрационные весы и весы Беранже оказываются недостаточно чувствительными.
На рисунке 99 показаны технические весы Главучтехпрома, допускающие взвешивание грузов до 500 г с точностью до 0,05 г. При хра-
нении технические весы
следует защищать от пыли, даже при нахождении их в шкапу. Рекомендуется для весов сшить из плотной материи или клеёнки чехол соответствующего размера.
6.	Гири и разновес. Набор чугунных гирь от 10 кг до 200 а (10 кг, 5 кг, 2 кг, 1 кг, 500 г, 200 г) необходим не только для взвешивания, но и применения их для различных целей.
§ М, 7
103
Для демонстрационных взвешиваний следует иметь разновес от 500 г до 10 мг (рис. 100, I). Для лабораторных работ применимы разновесы от 200 г до 10 мг (рис. 100, II). Керамический разновес (рис. 101) можно брать и наклады
вать на весы непосредственно рукой, что совершенно недо-
пустимо для латунного разновеса. В последнем случае необходимо применять пинцет для разновесок от 50 г и меньше; гири, большие' 50 г, следует брать рукой через бумажку (рис. 102).
7.	Динамометры. Динамометры служат для измерения сил. Наиболее распространены в школах динамометры типа пружин
ных весов — безмены (рис. 103). Они находят себе применение для
Рис. 103. Динамометр пружинные весы.
ный конец пружины
лабораторных работ, но им следует предпочесть более дешёвые и показательные лабораторные динамометры, сконструированные Баку-ши неким (рис: 104). Для демонстрационного эксперимента «пружинные весы» непригодны. Лучшими при демонстрациях являются демонстрационные динамометры, внешний вид и устройство которых показаны на рисунке 105. Измерение силы производится у таких динамометров по величине изгиба стальной прямой пружины (полоски), ВВ, укреплённой неподвижно на одном своём конце. Сила, прилагаемая к верёвке, действует на свободно верёвке, перекинутой
Рис. 104. Динамо-метри Б а к у ш и н-с к о г о для лабораторных работ.
через ролик С
со стрелкой. Винт D служит для корректирования, т. е. для уста-
новки стрелки на нуль. Динамометр закрепляется в лапке лабо
раторного штатива посредством зажимания штыря, имеющегося
сзади корпуса динамометра.
104
§ 15, 8—9
Рис. 105. Устройство демонстрационного динамометра. Ролик для верёвки делается двойным; один из роликов Е служит для верёвки, идущей от пружины, и другой С для верёвки,служащей для измерения силы.
8.	Термометры. Термометры демонстрационного типа для опытов, отличающиеся своими крупными размерами (длина до 1 м) и ясно видимой издали шкалой, нашей промышленностью не выпускаются. Поэтому при демонстрациях приходится пользоваться обычным лабораторным термометром со шкалой из молочного стекла (рис. 106). Отсчёты по ним должен делать сам учитель; учащиеся же, не видя делений шкалы, принимают отсчёты на веру. Для лабораторных работ такие термометры вполне удовлетворительны. При ознакомлении учащихся с устройством термометров полезно воспользоваться настенным спиртовым термометром крупного размера (рис. 107).
9.	Типы электрических измерительных приборов. Из электрических измерительных приборов в семилетней школе находят себе применение: демонстрационный гальванометр (рис. ИЗ); вольтметры (рис. 112, I) и амперметры (рис. 110—111) различных типов. Вольтметры и амперметры, употребляемые в современной технике, с бывают, главным образом, трёх систем: магнито-электрической (рис. 108,	I),
электромагнитной (рис. 108, II) и тепловой (рис. 108, III). Эти системы отличаются друг от друга принципами своего действия, а следовательно, и устройством.
В магнито-электрической системе мерой тока или напряжения служит угол поворота рамки Л, обмотанной проводом и помещённой в магнитном поле постоянного магнита NS. Рамку в нейтральное (нулевое) положение устанавливают спиральные пружины С, которые препятствуют поворотам рамки. Поворот рамки по часовой стрелке или против неё возникает за счёт силы взаимодействия двух магнитных полей: тока, текущего по обмотке рамки, и магнита. Соединённая с рамкой стрелка указывает деления шкалы (в вольтах или амперах). Магнито-электрическая система приме
§ 15, 10
105
i'
нима исключительно для постоянного тока и совершенно непригодна для переменного. Приборы магнито-электрической системы, помимо своей огромной чувствительности по сравнению с электромагнитными и тепловыми, обладают ещё тем достоинством, что имеют равномерные деления шкалы на всём её протяжении (рис. ill, II).
В приборах электромагнитной системы стрелка прибора соединена с якорем D из мягкого железа, удерживаемого в известном положении спиральными пружинами Е (рис. 108, II). Этот якорь втягивается внутрь электромагнита F, по которому течёт измеряемый ток. Поршень Z), соединённый с осью вращения прибора и способный перемещаться внутри закрытой с одного конца трубки, служит демфером (успокоителем) (рис. 108, V). Приборы электромагнитной системы пригодны для измерений как постоянного, так и переменного тока. Шкала у них является неравномерной (рис. Ill, I).
В тепловых приборах мерою тока или напряжения служит удлинение проводника АВ, нагреваемого измеряемым током. На рисунке 108, III показано схематическое устройство теплового прибора. Тепловые приборы обладают большей чувствительностью, чем электромагнитные, но дают при измерениях большую погрешность; шкала их имеет неравномерные деления.
Рис. 107. Термометр для измерения температуры наружного воздуха.
Применяют их
Рис 106 для измеРения переменного тока, но они оказываются Термометр пригодными и для постоянного х).
для лабора- 10. Обозначения на электрических приборах. По
торных существующему стандарту на шкалах измерительных работ. приборов употребляют следующие условные обозначения— см. стр. 107.
Системы приборов обозначаются также буквами: магнитоэлектрическая — М, электромагнитная —Э и тепловая —Т.
х) Подробности об устройстве измерительных приборов—см. Ф. Э., т. III, §§ 6, 8 и 9 и таблицу: Горячкин, «Электрические измерительные приборы».
1
в
Рис. 108. Схема устройства электроизмерительных приборов. магнитоэлектрической (I), электромагнитной (II) и тепловой (III) систем; устройство механизмов магнитоэлектрической (IV) и электромагнитной (V) систем.
$ 15, 77
107
Знак	Значение знака
* —	Прибор предназначен для постоянного тока
	Прибор предназначен для переменного тока
	Прибор предназначен для постоянного и переменного токов
	Система магнито-электрическая (рис. 108, I)
	Система электромагнитная (рис. 108, II)
	Система тепловая (рис. 108, III)
1	Прибор требует вертикальной установки
11. Вольтметры и амперметры. Описанные выше приборы всех трёх систем могут служить для измерения как напряжения, так и силы электрического тока. Механизм, включённый в
цепь последовательно, станет метр); включённый же параллельно участку цепи — напряжение тока на этом участке. Так как провода, образующие собой обмотку приборов, .могут без вреда для себя пропускать через себя ток не выше некоторого предела, то в амперметрах применяют шунтирование (S) обмотки G; в вольтметрах последовательно с обмоткой G включают проволочные сопротивления R значительной величины (рис. 109, I и II).
измерять величину тока (ампер-
Рис. 109. Схемы включения шунта у амперметра(II)и сопротивления у вольтметра (I).
108
$ 13,
Рис. 110. Демонстрационный тепловой амперметр.
Для демонстрационных целей в школе применяются вольтметр и амперметр постоянного тока, получаемые из описанного ниже демонстрационного гальванометра посредством присоединения к нему сопротивления (рис. 114, III) или шунта (рис. 114, I) (см. раздел 12).
Демонстрационные вольтметр и амперметр тепловой системы, показанные на рисунке 110, употребляются для переменного тока. Но так как погрешности, даваемые ими при измерениях, относительно велики, то их можно применять лишь при грубых ориентировочных измерениях. Полезны они в качестве самостоятельных объ-
ектов для демонстрации устройства тепловых приборов.
Для измерений напряжения и тока, в чём преподаватель часто будет нуждаться, следует
завести технические измерительные приборы, употребляемые для установки на распределительных щитах (рис. 111, I). Подобные приборы выпускаются Главучтехпромом в смонтированном виде на деревянных угловых панелях и снабжены клеммами для включения в цепь (рис. 54). Шкалы у приборов отчасти вырезаны, чтобы показать внутреннее устройство их механизмов, что важ-
но для демонстрационных целей. Система этих приборов обозначается на шкале—ука-
Рис. Ill, I. Амперметр для распределительного щита электромагнитной системы (Э. Н.).
£ 15, 11
109
занными выше (стр. 107) знаками, в каталогах — буквами М,Э и Т (§ 15, 10). Буквы, поставленные после М, Э и Т, обозначают:
Н —нормальный размер цоколя (185 мм);
М — малый размер цоколя (135 мм);
П — прибор лабораторного типа (переносный).
На рисунке 111 показаны приборы ЭН — (электромагнитный нормальный) и МП (магнитоэлектрический переносный). Для лабораторных работ имеются в продаже специальные приборы: вольтметр со шкалой до 8 V и амперметр до 5 А с делениями до десятых долей (рис. 112). Эти приборы электромагнитной систе-
Рис. Ill, II. Амперметр для точных измерений в лаборатории со шкалами до 10 А, 1 А и 0,1 А, магнитоэлектрической системы (М. П.).
мы со втягивающимся железным сердечником С. Сердечник С, имеющий форму, напоминающую букву S, укреплён на одной оси. со стрелкой. В положении, соответствующем нулевому делению шка-
Рис. 112. Прибор для лабораторных работ завода «Конструктор» и устройство механизма прибора.
110
§ 15, 71
Рис. ИЗ. Устройство механизма универсального демонстрационного гальванометра:
А — поворачивающаяся катушка; В — железный цилиндр; С — пружинка; F—стрелка; Е— противовесы для балансирования стрелки.
лы (стрелки), сердечник устанавливается благодаря постоянному стальному магниту TVS. Таким образом, постоянное магнитное поле будет противодействовать отклонению (повороту) сердечника от этого положения. При пропускании через катушки А и В тока сердечник втягивается внутрь'тем больше, чем сильнее текущий в них ток. При пользовании приборами важно, чтобы вблизи них не находилось сильных магнитов, так как в противном случае последние станут изменять величину поля постоянного магнита, что приведёт к искажению показаний приборов. Точно так же при пользовании одновременно амперметром и вольтметром нельзя помещать их ближе 5 см друг от друга. Крупный недостаток приборов заключается в том,
что постоянные магниты у них с течением времени несколько размагничиваются, и приборы начинают давать неверные (уменьшенные) показания. При хранении приборов следует обращать внимание на то, чтобы вблизи них во избежание порчи не нахо-
дилось магнитов.
Более подробное изложение вопросов об электрических измерительных приборах — см. в книге Ф. Э., т. III, § 9.
Рис. 114. Включение шунта (амперметр — I и II) и сопротивления (вольтметр— III) к демонстрационному гальванометру.
f 15, 12'
111
12. Демонстрационный универсальный гальванометр. Демонстрационный гальванометр является универсальным прибором, так как он пригоден не только для обнаружения слабых постоянных токов, но и для демонстрационных измерений напряжения и силы постоянного тока, т. е. может быть использован как вольтметр и как амперметр (рис. ИЗ и 114).
Для измерений переменного тока гальванометр как таковой или в качестве вольтметра и амперметра является безусловно непригодным, так как имеет механизм магнитоэлектрической системы (§ 15, 9). При включении к гальванометру последовательно купроксного столбика прибор становится пригодным для измерения напряжения и силы слабого переменного
Рис. 115. Купроксный столбик, включаемый последовательно к механизму демонстрационного гальванометра для измерения последним переменных токов и переменного напряжения.
тока (рис. 115). Нуль шкалы гальванометра располагается посредине, что позволяет не только включать его любым образом к полюсам источника тока, но и по отклонению стрелки (вправо или влево от нуля) судить о направлении тока, что, в частности, даёт возможность применять прибор для определения полюсов того или иного источника тока. Шкала гальванометра по ту и другую сторону от нуля содержит по 10 делений.
Непосредственное присоединение гальванометра без последовательного включения соответствующих значительных сопротивлений ни к гальваническим элементам, ни к аккумуляторам, ни тем более к осветительной .сети является совершенно недопустимым, так как безусловно приведёт его к гибели в результате сгорания обмотки.
К демонстрационному гальванометру при его продаже прилагаются три приставки: два шунта и катушка добавочных сопротивлений (рис. 114). Шунт представляет собой проводник малого
112
£ /в, 1
сопротивления, включаемый параллельно механизму гальванометра и позволяющий только малой доле электрического тока ответвляться и течь через гальванометр. Большая же часть тока, подведённого к гальванометру, протекает через шунт. Один из шунтов превращает гальванометр в амперметр, у которого вся шкала соответствует 1 А; другой — 10 А. Способы включения шунтов к гальванометру ясны из рисунка 114, 1 и II.
Катушка добавочных сопротивлений содержит в себе две обмотки, соединённые между собой последовательно, одну с меньшим и другую с большим сопротивлением. Включая эту катушку к гальванометру последовательно двумя способами (рис. 114, III), превращают его тем самым в вольтметр со шкалой, соответствующей или 1 V, или 10 V.
§ 16. Приборы для лабораторных работ.
1. Перечень приборов для лабораторных работ. Приборы для лабораторных работ предназначены для индивидуальных наблюдений и поэтому в противоположность демонстрационным имеют сравнительно небольшие размеры. В своей конструкции они не имеют тех специфических особенностей, которые характерны для демонстрационных приборов (§ 11, 2). Для работ качественного порядка, весьма немногочисленных, применяются обычно самодельные упрощенные приборы, изготовление которых трудностей не представляет. Большая часть лабораторных работ— измерительного характера и поэтому требует измерительных приборов: весов, динамометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. п.
Наиболее крупным препятствием для широкого распространения в школах лабораторных работ являлась сравнительно большая стоимость всей необходимой аппаратуры. С выпуском промышленностью упрощенных приборов Бакушинского: динамометр, трибометр, оптическая скамья и др., доказавших свою методическую ценность на практике, а также школьных лабораторных вольтметра и амперметра организация лабораторных работ в школе стала возможной во всём объёме, требуемом программами.
Для проведения лабораторных работ в семилетней школе требуются следующие приборы (стр ИЗ).
Все перечисленные приборы требуются в одном экземпляре на каждое звено (в 2—3 человека), и, следовательно, их количество определяется общим числом учащихся в классе. Исключение составляют наборы тел из различных металлов, которых достаточно иметь 3—4 экземпляра. Приобретение лабораторных приборов может быть проведено за ограниченностью средств лишь постепенно; поэтому в списке указана наиболее рациональная очерёдность в их приобретении. Все перечисленные выше лабора-
$ 16, 1
из
№№ п/п	Очерёдность	Название прибора	№№ рисунков
1	1	Линейки, школьные масштабные	рис. 462
2	1	Мензурки на 25 или 50 см3	рис. 469
3	1	Весы аптекарские или Беранже до 200 г	рис. 95
4	1	Разновес керамический или латунный до 1 г	рис. 100,1
5	1	Разновес миллиграммовый от 1 г до 10 мг	рис. 100,11
6	2	Набор цилиндров из различных металлов	рис. 474
7	2	Динамометры по Бакушинскому	рис. 104
8	2	Трибометры по Бакушинскому	рис. 478
9	1	Стаканы химические, на 200 см3	
10	1	Таганы или, лучше, лабораторные штативы	рис. 49 и 50
11	1	" Сетки	рис. 49
12	1	Спиртовки	рис. 129, II
13	1	Калориметры —тонкостенные столовые стаканы	рис. 485
14	1	Термометры лабораторные, от 0° до 100°	рис. 106
15	1	Батареи из двух или, лучше, трёх элементов типа «Геркулес», или МВД, или аккумуляторные	рис. 121 и 123
16	1	Лампочки от карманного фонарика с патронами, на панелях	рис. 488
17	3	Звонки электрические, на угловых панелях	рис. 55
18	1	Ключи электрические	рис. 489
19	2	Вольтметры лабораторные	рис. 112 и 5 0
20	2	Амперметры лабораторные	
21	2	Провода, смонтированные на доске	рис. 496
22	2	Стрелки магнитные	рис. 342—343
23	2	U-образные магниты	
24	2	Прямые магниты	
25	2	Коробочки с ситом	
26	2	Мешочки с железными опилками	
27	3	Пластинки	плоско-параллельные стеклянные	рис. 511
28	3	Призмы стеклянные	рис. 510
29	1	Оптическая скамья по Бакушинскому	рис. 519
30	1	Лампочки керосиновые — коптилки	рис. 520
31	4	Спектроскопы карманные	рис. 446
В Е. El .Горячкин
114
16, 1
Рис. 116, I и II. Ящики подвижного фонда с приборами для лабораторных работ: I — динамометры; II — U-образные магниты и якори к ним.
торные приборы позволят осуществлять число работ, не только обеспечивающее выполнение программных требований, но и превышающее эти требования.
Об использовании приборов для лабораторных работ — см. §60—71; об изготовлении — см. т. Ill, §§ 28—55.
£ 16, 2; § 17, 1
115
2. Хранение лабораторных приборов и подвижной фонд. Приборы для лабораторных работ следует хранить отдельно от демонстрационных, создав специальные комплекты. В этом случае станет возможна организация любой лабора-
торной работы в течение 5—8 минут и свёртывание её в продолжение такого же времени. Приборы следует комплектовать не в виде целого набора, нужного для постановки той или иной лабораторной работы, а создавать комплект каждого из приборов в отдельности, так как он может явиться составной частью в нескольких лабораторных работах.Для каждого из комплектов надо изготовить специальный ящик из фанеры с ячейками для помещения приборов (рис. 116, I и II). Такой занумерованный ящик с комплектом не только упорядочит хранение приборов, но, главное, обеспечит быстроту распределения их по столам учащихся. Собирание приборов после их использования в работе производится также очень быстро, если пользоваться ящиком. Если же ящики снабдить задвигающимися крышками, а также ручками для переноски, то один комплект подобного подвижного фонда позволит обеспечивать лабораторными работами несколько школ (рис. 116, III). Такое своеобразное «кооперирование», особенно в местностях, разорённых войной,
Рис. 116, III. Транспортировка приборов для лабораторных работ из одной школы в другую.
имеет огромное значение, позволяя материальные средства нескольких школ соединить вместе и тем самым в один год решить вопрос об обеспечении школ ла-бо р ато рны ми з анятия ми. Н астоятел ьно
рекомендуем создание описанного подвижного фонда, проверен-
ного автором на практике в течение многих лет.
§ 17. Источники электрического тока.
1. Виды источников электрического тока. Источником электроэнергии в школе служит” сеть электрического освещения переменного или же, что бывает много реже, постоянного тока. Однако, таким током, в особенности если он является переменным, можно обслужить сравнительно небольшое количество опытов; подавляющее же большинство из них требует источников не только постоянного, но и н и з к о-
8*
116
£ /7, 2
вол ьтного тока. Поэтому как для демонстрационного эксперимента, так в особенности для лабораторных занятий неизбежно применение гальванических или аккумуляторных элементов. Аккумуляторы имеют то преимущество перед гальваническими элементами, что после израсходования своей энергии вновь возобновляют своё действие после зарядки электрическим током. У гальванических элементов в таком случае приходится заменять электролит новым, подвергать пластины очистке от окислов и амальгамировать цинк.
Однако, аккумуляторы, в особенности кислотные, требуют за собой самого внимательного и, главное, непрерывного наблюдения; в противном случае они быстро придут в негодность. Кроме того, для зарядки аккумуляторов в кабинете приходится устанавливать выпрямитель, или мотор-генератор, или же возить их периодически на зарядную станцию. Поэтому начинающему преподавателю физики, в оссбенности если ему приходится организовывать кабинет заново, надо рекомендовать на первое время применение гальванических элементов. Впоследствии, когда работа кабинета развернётся нормально, следует перейти к использованию аккумуляторов как источников тока.
Выпрямители для зарядки аккумуляторов бывают различных типов. Из них наибольшего внимания для школы заслуживают 1) электролитические — алюминиевые, как доступные для самостоятельного изготовления, и 2) купроксные, не требующие за собой почти никакого ухода и чрезвычайно простые в обращении с ними.
К числу выпрямителей надо отнести выпускаемый Главуч-техпромом конвертер, или вращающийся преобразователь трёхфазного тока в постоянный. Этот конвертер особенно ценен тем, что позволяет применять выпрямленный ток (12—16V, 20 А) при демонстрациях (рис. 26).
Ниже приведены, за недостатком места, только такие сведения об источниках тока, знание которых необходимо при уходе и пользовании этими источниками. Указания, где можно найти более подробные сведения, сделаны дальше в соответствующих разделах.
2. Аккумуляторы щелочные и кислотныеЧ Аккумуляторы, применяемые в современной технике, бывают двух типов: свинцовые, или кислотные (рис. 117), и железо-никелевые, или щелочные (рис. 118). У свинцовых аккумуляторов пластины состоят из свинца и его солей; электролитом служит 25-процентный раствор серной кислоты. У железоникелевых в состав пластин входят, железо и никель и их соли (иногда соли кадмия); электролитом является 21-процентный раствор щёлочи — едкого кали. Свинцовые аккумуляторы имеют со-
1) О зарядке аккумуляторов — см. § 72 и т. Ill, § 23.
£ /7, 2
117
суды из стекла или пластмассы; железо-никелевые — из никели
рованного железа.
От пластин свинцового аккумулятора сквозь его крышку,
залитую асфальтом, выведены свинцовые толстые провода, присо-
единённые к клеммам. Эти клеммы во избежание окисления покрыты свинцом. В крышке сосуда аккумулятора имеется отверстие,
Рис. 117. Батарея аккумуляторов свинцовых, или кислотных 4 V (I); II — пластины аккумулятора.
служащее для заливания электролита и выхода газов, образу-
ющихся при зарядке и разрядке, резиновой (а не корковой!) пробкой, ляторов клеммами, соединёнными
Рис. 118. Аккумуляторы железоникелевые, или щелочные.
Это отверстие закрывается У железо-никелевых аккуму-с пластинами, служат железные никелированные штыри с гайками, помещающимися на крышке. Там же имеется отверстие, закрытое железной завинчивающейся пробкой, полой внутри и имеющей в кольцеобразном углублении отверстие В малого диаметра для выхода газов (рис. 119, III). Резиновое кольцо А, надетое на пробку, служит клапаном, который допускает выход газов изнутри сосуда наружу и препятствует проникновению воздуха к электролиту аккумулятора. Периодический осмотр
118
$ 17, 2
и очистка клапана от образующихся солей совершенно необходимы, так как при его закупорке выделяющиеся газы раздуют на-
ружные стенки сосуда, и аккумулятор примет характерный бочкообразный вид.
При зарядке свинцовых аккумуляторов, если в их пробках не сделано узких
Рис. 119. 1 — вид части пластины «пакета» щелочного аккумулятора; II — часть поверхности пакета в увеличенном виде; III — устройство клапана в пробке железо-никелевого аккумулятора.
отверстий, следует пробки вынимать. Отвёртывать же пробки у
щелочных аккумуляторов ни в коем случае нельзя, так как имеющийся в воздухе углекислый газ станет реагировать с электролитом, превращая едкое кали в поташ (2 KQH -|-СО2—? = К2СО3Ц-Н2О) и тем самым портить раствор г).
Снаружи как стенки сосудов железо-никелевых аккумулято-
ров, так и их крышек покрыты щищающей железо от образования ржавчины и служащей, кроме того, для изоляции сосудов друг от друга, от земли и от каких-либо металлических поверхностей. Если этот изолирующий слой почему-либо окажется разрушенным, то в условиях школьного физического кабинета нет надобности возобновлять изоляцию.
Полюсы аккумуляторов у свинцовых аккумуляторов
массой воскообразного вида, за-
Рис. 120. Короткое замыкание у железо-никелевого аккумулятора.
иногда обозначаются посредством
окрашивания положительного полюса красной краской, чаще же выдавленными на сосудах знаками и —. У щелочных
аккумуляторов на крышке их около клемм выштампованы
х) О приготовлении раствора — см. т. III, § 23 и 24.
§ 17, 3
119
знаки полюсов. Важно заметить, что сосуд железо-никелевого аккумулятора соединён с его положительными пластинами, почему находится под током. Поэтому при неаккуратном присоединении провода, лишённого изоляции, к отрицательной клемме его конец может прийти в соприкосновение с сосудом, и тогда участок АВ провода замкнёт аккумулятор накоротко (рис. 120). Провод при этом раскалится и может сгореть; короткое же замыкание повредит аккумулятор. По указанной выше причине соединённые между собой последовательно аккумуляторы нельзя ставить на какие-нибудь металлические подставки, так как возникнет короткое замыкание.
3. Сравнительные данные кислотных и щелочных аккумуляторов. Щелочные аккумуляторы в одних отношениях имеют преимущество перед кислотными, в других, наоборот, уступают им.
Для сравнения щелочных и кислотных аккумуляторов приводим следующие данные:
Щелочные (железо-никелевые) аккумуляторы	Кислотные (свинцовые) аккумуляторы
1. Напряжение около 1,2 V	1. Напряжение почти в l1^ раза выше и равно около 1,8 V
2. Внутреннее сопротивление больше, чем у кислотных одинаковой ёмкости	
3. Короткое замыкание не вызывает гибельных последствий	3. При коротких замыканиях пластины коробятся, активная масса выпадает — аккумулятор приходит в негодность
4. Зарядка аккумуляторов может быть произведена в течение четырёх часов	4. Требуют более длительного периода зарядки
5. Сосуды (железные) и пластины по большей части не портятся при опрокидывании аккумулятора, ударе или даже падении его	5. Сосуды (стеклянные или из пластмассы) и пластины .разбиваются, а последние так же изгибаются— при тех же условиях
6. Не даёт едких испарений	6. Образует пары серной кислоты
7. Выделение газов водорода и кислорода наступает задолго до окончания зарядки	7. Выделение газов наступает в конце зарядки и может служить признаком её окончания
8. Электролит (раствор- едкого кали) нуждается в замене 1 раз в год	8. Электролит (раствор серной кислоты) не требует смены, но дополняется по мере испарения дести ллированной водой
120
£ 17, 4
Рис. 121, II. Элемент Леклан-ш е наливной для сильных токов — «Геркулес».
Рис. 121, I. Элемент Леклан-ш е наливной для слабых токов.
4. Аккумуляторы для школы и их монтаж, свинцовых аккумуляторов наиболее подходящими лы являются батареи накала для радиоламп,
Из числа для пи;о-состоящие
Рис. 122.
Элемент Грене.
из двух аккумуляторов, соединённых между собой и помещённых в общем сдвоенном сосуде- (рис. 117,1). Напряжение такой батареи около 4 вольт. Батареи бывают различной ёмкости: для школы желательно иметь две батареи ёмкостью в 40—60 ампер-часов. Для лабораторных занятий применение свинцовых аккумуляторов нежелательно, так как возможны короткие замыкания. В школьных условиях как для демонстрационного эксперимента t так, главное, для лабораторных занятий наиболее подходящими являются батареи из щелочных аккумуляторов. Желательно для демонстрационных опытов завести две батареи — каждую из трёх аккумуляторов ёмкостью по 40—60 ампер-часов и соответствующее число (по количеству звеньев учащихся
$ 17, 5
121
при лабораторных занятиях) малых батарей ёмкостью по 10 ампер-часов. Аккумуляторы по 3 штуки необходимо поместить в деревянные ящики, изолировав сосуды друг от друга прокладками из парафинированного картона. При этом раз навсегда следует сделать последовательное соединение элементов в каждой батарее, выполнив его отрезками провода П. Р. (в резиновой изоляции), употребляемым для проводки электрического освеще-
Рис. 123. Элементы сухие и сухоналивные различного типа: В Д (воздушная деполяризация) и др. Батарея (КАВ) из трёх элементов с рефлектором и лампочкой.
ния. Знаки полюсов-{-и —батареи надо обозначить краской на боковых стенках крайних аккумуляторов.
5. Типы гальванических элементов. При демонстрационном эксперименте в школе применяются элементы типа Лекланше (рис. 121) и типа Грене (рйс. 122) и батареи с хромовой жидкостью. Достоинствами этих элементов и батарей являются сравнительно небольшое внутреннее сопротивление и величина напряжения, достигающая по 2 V у одного элемента. Однако электролит отрабатывается сравнительно быстро, почему его приходится заменять свежим, что обходится не так уж дёшево. Кроме того, цинковые электроды в хромовых элементах, несмотря на амальгамирование, необходимо на то время, когда элементы не нагружены, вынимать из электролита во избежание непроизводительной порчи раствора и разрушения цинка. Элементы с хро
122
§ /л 6
мовой жидкостью поэтому употребляются в демонстрационном эксперименте в тех случаях, когда нужно получение сравнительно сильного тока в несколько ампер и притом на короткое время.
Примеры рационального применения хромовых элементов приведены при опытах: с движением проводника в магнитном поле (рис. 371); с накаливанием проводника и др. Использование хромовых элементов при демонстрациях на сравнительно
продолжительное время, хотя бы для получения слабых токов, например: питание лампочки от карманного фонарика и электрического звонка, опыты по электролизу и т. п., нерентабельно, как и употребление этих элементов для лабораторных работ. В указан-
Рис. 124. Устройство сухого элемента.
ных случаях надо применять элементы типа Лекланше («Геркулес», рис. 121, II), сухоналивные или типа МВД (рис. 123), обладающие огромной электроёмкостью. Сухой элемент в разобранном виде является при изучении гальванических элементов одним из нужных учебных пособий (рис. 124).
6. Элементы с хромовой жидкостью. Элемент Грене состоит из толстостенной и широкогорлой стеклянной колбы, закрытой деревянной крышкой (рис. 122). На этой крышке укреплены две угольные пластины С и подъёмная цинковая Zn, закрепляемая в поднятом состоянии при помощи винта А. Угольные пластины, соединённые между собой параллельно, соответствуют положительному полюсу (-}-), цинковая — отрицательному (—). Батарея с подъёмными пластинами состоит из четырёх элементов подобного типа, с той разницей, что из раствора вынимаются все электроды, в том числе и угольные. На крышке каждого элемента в батарее поставлены клеммы', что позволяет пользоваться по желанию одним, двумя, тремя и всеми четырьмя элементами, соединяя их между собой в случае надобности параллельно, последовательно или смешанно.
При пользовании элементами Грене или батареями с хромовой жидкостью следует соблюдать правила:
I.	Электролит для заливки элемента имеет следующий состав: 100 частей воды, 37 частей серной кислоты и 16 частей двухромовокислого натрия или калия.
£ 17, 7
123
II.	Перед каждой новой зарядкой цинк элемента совершенно необходимо амальгамировать (§ 44 и рис. 314).
III.	Цинковую пластину элемента Грене и пластины батареи можно и нужно опускать в электролит только на время их работы, т. е. когда от них берут ток.
IV.	Отработанную, ставшую коричнево-зелёной, жидкость нельзя оставлять в элементе Грене на продолжительное время во избежание образования кристаллов, впоследствии трудно удалимых и вызывающих иногда растрескивание углей.
V.	Перед зарядкой следует тщательно вымыть стеклянный сосуд и очистить от окислов и кристаллов угли и цинковую пластинку, приготовляя её тем самым для новой амаль-гамировки.
7.	Элементы Лекланше. Из элементов типа Лекланше, применяемых в современных технических установках, наибольшего внимания заслуживают элементы: наливные «Геркулес» (рис. 121, II), сухие и сухо-наливные и типа МВД с воздушной деполяризацией (рис. 123). Наибольшую силу тока способен давать элемент «Геркулес», состоящий из круглого угольного электрода с «мешочным» аггломератом (-J-) и цинкового цилиндра (—), помещённых в сосуд с раствором хлористого аммония, или нашатыря. Неудобство элемента, помимо того, что жидкость при переноске легко пролить, ещё в том, что, несмотря на присутствие крышки, происходит испарение электролита. Вследствие испарения происходит кристаллизация солей, и кристаллы выползают сначала по внутренним, а затем по наружным стенкам сосуда. Во избежание выползания кристаллов верхний край сосуда следует смазать салом или вазелином и периодически доливать чистой водой (а не раствором нашатыря!).
От указанного недостатка свободны сухо-наливной элемент и тем более элемент типа МВД. Разница между этими элементами в эксплоатационном отношении состоит в том, что сухо-наливные элементы (в особенности типа накальных, т. е. служащих для накаливания радиоламп в приёмниках) способны давать более сильные токи, чем элементы типа МВД. Последние же замечательны тем, что обладают огромной электроёмкостью —до 150 ампер-часов и выше. Таким образом, батарея из трёх элементов МВД, соединённых последовательно, способна накаливать лампочку от карманного фонарика непрерывно в течение 300—400 часов. Эти элементы могут быть, между прочим, использованы преподавателем для устройства миниатюрного «электрического освещения».
124
£ /7, 8-9
Если элемент «Геркулес» прекратит своё действие, что случится примерно через год, то действие его можно возобновить на некоторый короткий срок, промыв электроды и залив свежим раствором нашатыря. Подливание того же раствора в сухо-наливной элемент редко возобновляет его действие. Элемент типа МВД восстановить нельзя.
Правила зарядки и обращения с сухо-наливными элементами и типа МВД указаны на каждом из них и поэтому здесь не приводятся.
8.	Алюминиевый выпрямитель. Алюминиевые выпрямители требуют за собой постоянного надзора и ухода и в основном обладают тем крупным недостатком, что при нагревании электро-
Рис. 125. Купроксный выпрямитель завода им. Казишюго.
лита выпрямляющее действие прекращается. Однако, устройство их чрезвычайно просто и под силу каждому преподавателю. Наиболее рационально применение алюминиевого выпрямителя для демонстрационного эксперимента в тех случаях, когда нужен сравнительно сильный ток, но на короткое время, в течение которого электролит не успеет сильно нагреться. В стационарных установках, например, для зарядки аккумуляторов, приходится брать 4 сосуда крупного размера, вместимостью около 1 ведра каждый, чтобы обеспечить нужную теплоотдачу, или при малых сосудах устраивать охлаждение проточной водой. Многочисленные попытки применения алюминиевых выпрямителей дали явно отрицательный результат, за исключением их примитивных типов, описанных в § 51 (рис. 413). Исчерпывающее описание алюминиевых выпрямителей дано в книгах Ф. Э., т. I, гл. X и X. Э., т. I, гл. XI, 2.
9.	Купроксный выпрямитель. Наилучшим выпрямителем для зарядки небольшого числа аккумуляторов является к у п р о к с-
£ 17 > 9
125
н ы й, выпускавшийся заводом им. Казицкого (рис. 125). Главное достоинство купроксного выпрямителя заключается в простоте обращения с ним и в надёжности его действия.
Выпрямляющее действие купроксных выпрямителей получается заг счёт односторонней проводимости, которою обладают мед
ные пластинки, покрытые закисью меди. Выпрямитель завода им. Казицкого ’состоит’из трансформатора, снижающего напряжение с 120 или с 220 V (рис. 125). Пониженное напряжение подводится к купроксному столбику С, где ток выпрямляется. Клеммы АВ с обозначенными полюсами (+ и — ) служат для получения постоянного тока. Купроксные выпрямители выпускаются для различного напряжения (2 V, 12 V и 24 V) и для различной нагрузки, т. е. для силы тока от долей ампера до нескольких ампер. Наиболее подходящим для школьного физического
Рис. 126. Схема магнитного шунта.
кабинета является выпрямитель .на 12 V, дающий силу тока в 2,5—3,0 А. Трансформатор снабжён подвижным
ярмом или магнитным шунтом D (рис. 126), сдвигая который
можно изменять напряжение, а следовательно, и силу тока,
заряжающего аккумуляторы.
Купроксный выпрямитель требует за собой самого простого ухода, состоящего в удалении с него пыли. Однако, выпрямитель легко привести в негодность при нарушении правил обращения
с ним.
Правила эксплоатации купроксного выпрямителя:
I.	Купроксные выпрямители не выдерживают сильного нагревания, так как при температурах выше 50—55° может произойти разрушение плёнки окиси. Поэтому нельзя помещать выпрямитель в закрытый ящик, что мешает охлаждению столбика.
II.	Недопустимо брать от выпрямителя ток больший, чем указанный на «паспорте» ,заводом.
III.	Рекомендуется при пуске в ход сначала присоединить нагрузку, т. е. заряжаемые аккумуляторы, и затем включать переменный ток. Работа «на холостом ходу», т. е. без нагрузки, может вызвать пробой плёнки выпрямителя.
126
£ /7, Ю
Подробности о купроксных выпрямителях можно найти в книге: Ф. Э., т. V, § 6, 5. О зарядке аккумуляторов — см. § 74 и т. Ill, § 23.
10.	Преобразователь трёхфазного тока в постоянный. Принцип действия вращающегося преобразователя заключается в следующем (рис. 36).
В асинхронном моторе благодаря обмоткам, расположенным на статоре и питаемым трёхфазйым током, образуется вращающееся магнитное поле1). Это поле возбуждаете коротко замкнутой обмотке ротора индукционный ток, в результате чего ротор приходит во вращение. Наоборот, в преобразователе обмотка 7\ питаемая через кольцо со щётками L трёхфазным током, нанесена на ротор; короткозамкнутая обмотка Е помещена на статоре. Так как ротор, создающий вращающееся поле, движется в сторону, противоположную по Отношению к направлению вращения поля, то при достижении синхронизма * 2) магнитный поток (между ротором и статором) устанавливается неподвижно. В преобразователе на роторе сделана ещё вторая обмотка, кроме трёхфазной (па схеме не показанная), обычного типа с коллектором и двумя щётками а и Ь, в которой благодаря происходящему вращению ротора в установившемся неподвижном магнитном потоке генерируется постоянный ток. Этот постоянный ток используется во внешней цепи через клеммы А и В.
Однако, синхронизм для описанной конструкции асинхронного электродвигателя недостижим, и вращение ротора всегда будет происходить со скоростью, меньшей скорости вращения поля. Поэтому на статоре, кроме коротко замкнутой обмотки сделана ещё обмотка «возбуждения» в виде двух катушек cud, присоединённая к щёткам а и b обмотки якоря постоянного тока. Эти катушки с и d через «пускатель» CD замкнуты при пуске в ход через два сопротивления г и /?, из которых одно г имеет небольшую величину и другое R — значительную (500 омов). После того как якорь придёт во вращение и скорость его приблизится к синхронной, сопротивление R выключают, замыкая последнее накоротко посредством выключателя К, Сильный ток, установившийся в обмотках с и d, вызывает появление значительного магнитного потока, доводящего ротор до синхронизма и поддерживающего последний при пользовании постоянным током от преобразователя.
При пуске в ход и пользовании преобразователем должны соблюдаться следующие основные правила:
г) О принципе действия и устройстве асинхронного мотора—см. Горячкин Е. Н., «Переменный ток» и Ф. Э., т. V, § 9.
2) Скорость вращения ротора при синхронизме становится равной по величине (но не по направлению) скорости вращения поля.
£ 18, 1
127
I.	Вращение ротора должно происходить по направлению стрелки, нарисованной на корпусе преобразователя. Если ротор вращается в противоположную сторону, надо поменять местами включение двух из любых проводов, подводящих трёхфазный ток, благодаря чему направление вращения изменится.
II.	Рычажок выключателя К перед пуском в ход должен находиться наверху, благодаря чему сопротивление R (500 й) окажется включённым. Убедившись в этом, включают рубильник трёхфазного тока, подводящий ток к преобразователю. Через 3—5 сек., когда ротор приобретёт достаточную скорость вращения, рычажок выключателя К опускают вниз, выключая тем самым сопротивление R,
III.	Отклонение стрелки полюсоуказателя со значком «плюс» в ту или другую сторону указывает на полученное положение полюса плюс на одной из клемм А или В преобразователя. Для изменения полярности рычажок выключателя К на короткое время переводят из нижнего положения в верхнее и отсюда вновь в прежнее нижнее. Если положение полюсов не изменилось, повторяют операцию до получения нужного результата.
IV.	Наибольшая сила тока, которой без вреда для преобразователя можно пользоваться для длительных нагрузок, составляет 20 А. Для кратковременных нагрузок (несколько секунд) возможно брать ток силою до 30 А.
Важно отметить, что преобразователь универсален. При питании его постоянным током (U =15—20 V) с его колец L можно снять трёхфазный ток. Если, надев на вал щкив, вращать ротор преобразователя от двигателя, то он может служить как генератор постоянного тока или как синхронный генератор трёхфазного тока.
Преобразователи выпускаются двух типов для напряжения трёхфазного тока в 120 V и 220 V..
§ 18.	Нагревательные приборы.
1.	Виды источников теплоты. Под нагревательными приборами подразумеваются различного рода источники теплоты, служащие для нагревания как при демонстрациях, так и при лабораторных работах.
Наилучшим источником теплоты является газ, но применение его возможно только в немногих крупных городах, где он
128

имеется. При употреблении газа надобность в каких-либо иных нагревателях отпадает. В обычных условиях для эксперимента рацио-
Рис. 127, I. Газовые горелки Теклю и Бунзена.
нально применение нескольких различных источников теплоты, как-то: электрической плитки (рис. 130), примуса (рис. 128), фитильной керосиновой кухни Греца и спиртовых лампочек (рис. 129). В одних случаях удобнее всего пользоваться плиткой или кухней, например, для нагревания воды и получения пара при демонстрациях; в других, например, при обработке стеклянных трубок, нужен примус; в третьих, например в лабораторных работах, применяются спиртовые
лампочки.
Может случиться, как это было в военное время, что керосина, а тем более спирта, достать нельзя, тогда приходится пользоваться малыми жаровнями с углями.
Рис. 127, II. Насадки для газовых горелок для получения пламени различной формы.
2.	Газовые горелки. В настоящее время в лабораториях находят себе применение главным образом два типа газовых горелок: БунзенаиТеклю (рис. 127, 11 и I). При помощи этих горе-
£ /$, з
129
лок, благодаря смешиванию газа с воздухом, газ может гореть голубым высокотемпературным пламенем. Количество газа, поступающего в горелку, регулируется при помощи крана, установленного на газовой трубе; на наконечник крана надевается резиновая трубка. Количество воздуха, примешиваемого к газу, может быть изменено посредством открывания в той или иной мере отверстий, имеющихся внизу горелок. Для этого в горелке Бунзена повёртывают кольцо с отверстиями Л, а в горелке Теклю вращают диск В (рис. 127). Перед зажиганием газовой горелки закрывают отверстия, подводящие воздух, для чего завёртывают диск В или повёртывают соответствующим образом кольцо А. Затем, приготовив зажжённую спичку, открывают газовый кран и, поднеся спичку к отверстию горелки сверху, зажигают газ. Газ загорается при этом красноватым длинным пламенем. После этого постепенно приоткрывают доступ воздуху до получения голубого пламени.
Однако чересчур сильное открывание отверстий для воздуха совершенно недопустимо, так как пламя может с характерным щелчком «проскочить» внутрь горелки, что заметно по резкому уменьшению величины пламени. В этом случае станет происходить неполное сгорание газа, что поведёт к появлению запаха и к отравлению воздуха в помещении, а следовательно, и работающих там. Когда пламя проскочило, газ продолжает гореть у выходного отверстия внутри горелки; это влечёт за собой при продолжительном горении весьма сильный нагрев всей горелки, и прикосновение к ней пальцами даёт болезненные о ж о-г и. По этой причине надо всё время внимательно следить за работой горелки, и как только пламя проскочит, немедленно погасить горелку. Гашение газа всегда производится обратным п о-воротом газового крана доотказа (ни в коем случае нельзя задувать пламя!). Дав горелке остыть, её зажигают снова, уменьшив доступ воздуха. Преподаватель в случаях применения газа для лабораторных занятий обязан обучить учащихся правильному пользованию горелками и предупредить об опасностях тяжёлого отравления светильным газом.
Газовые горелки иногда снабжаются сверху различными насадками для изменения формы пламени.«Из таких насадок наиболее нужна показанная на рисунке 127, II, позволяющая получать плоское пламя, удобное для нагревания стеклянных трубок при изгибании их под углом.
3.	Керосиновые горелки. Керосиновые горелки имеют тот недостаток, что требуют постоянного надзора за собой во избежание образования копоти. В высокотемпературных горелках, какими являются примус (рис. 128, I) и паяльная керосиновая лампа, керосин подаётся к месту горения посредством нагнетания воздуха в резервуар горелки и притом в парообразном состоянии. При нормальной работе получается голубое пламя; при 9 Е. Н. Горячкин
130
£ 18,3
Рис. 128, I. Керосиновая горелка типа «примус» для лаборатории; II—in—устройство клапанов: у насоса выпускного и в поршне впускного.
недостаточном давлении воздуха внутри резервуара .или частичном засорении отверстия всё пламя или часть его получает жёлтую окраску, а иногда пламя начинает давать копоть.
Правила обращения с примусом и паяльной керосиновой лампой:
I.	При наливании керосина не заполнять резервуар целиком; надо оставлять примерно —г/6 пространства для нагнетаемого воздуха.
II.	Перед зажиганием совершенно необходимо произвести прочистку отверстия специальной иголкой, сделанной из кусочка стальной проволоки и укреплённой на конце полоски из жести.
III.	Зажигание производить, пользуясь исключительно денатурированным спиртом, который наливают в круглое корытце.
IV.	Нагнетание воздуха в резервуар (3—4 движения поршня) начать производить, когда подогревающий спирт будет близок к выгоранию.
131
§ 18, 4
V.	Величину пламени можно изменять, увеличивая насосом давление воздуха в резервуаре (не более 3-4 качаний) или уменьшая последнее, выпуская воздух через винтовой клапан А. Открывание этого клапана служит для гашения примуса.
VI.	Во избежание взрыва нельзя давать выгорать керосину целиком. Недопустимо наливание керосина в недостаточно остывший резервуар горелки. .
VII.	Пользование вместо керосина бензином или «горючими смесями» для автомобилей — преступление, так как безусловно поведёт к взрыву со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Применение примуса или паяльной лампы не совсем удобно при проведении классных опытов, вследствие шума, даваемого этими горелками. Поэтому на демонстрационном столе более уместна фитильная кухня Греца, устройство которой общеизвестно.
4. Спиртовые горелки. Для демонстрационного эксперимента с успехом можно применять спиртовую горелку Бартеля, дающую горячее и достаточно большое пламя (рис. 129,1).
Рис. 129. Спиртовая горелка (I) и спиртовая лампочка (II).
Горят в ней пары спирта, подаваемого к месту горения под давлением, создаваемым поднятием резервуара А на некоторую высоту. Для приведения горелки в действие заполняют спиртом кольцеобразное корытце В у горелки и зажигают спирт. После того как спирт почти весь выгорит, постепенно отвёртывают вен-9*
132
$ 18, 5
тиль С и зажигают выходящие пары спичкой; горелка начинает действовать.
При лабораторных работах применяются исключительно спиртовые лампочки, стеклянные или металлические (рис. 129, II). Фитили для лампочек делаются из специальных фитильных ниток; в крайнем случае возможно применение скрученной жгутом ваты. Наличие жестяной или латунной трубочки А, сквозь которую пропущен фитиль, обязательно. При её отсутствии резервуар стеклянной лампочки обязательно лопнет, что может вызвать разливание по столу горящего спирта. Нередко у продажных лампочек отверстие трубочки, а следовательно, и толщина фитиля бывают настолько невелики, что величина пламени оказывается недостаточной. В этом случае приходится делать из жести (от консервных банок) своими силами новые трубки с внутренним отверстием, примерно равным толщине карандаша.
I.	Величину пламени у спиртовок изменяют посредством вытаскивания или вдвигания фитиля в трубочку, но только не во время горения.
II.	Гашение лампочки производят при помощи колпачка, закрывая им фитиль.
III.	Не следует давать спирту выгорать в лампочках более чем на две трети, так как при малом количестве спирта станут происходить периодически загорания его паров внутри резервуара, выражающиеся в мелких взрывах. При первой же подобной вспышке необходимо, остудив лампочку, заполнить её горючим.
5. Электрические нагревательные приборы. Из различных видов электронагревателей наиболее удобной для нагревания воды или для получения пара является электрическая плитка (рис. 130, I). Она состоит из керамики, в зигзагообразном углублении которой уложена спираль из нихромовой проволоки. Концы этой спирали присоединены к двум штепсельным стерженькам, к которым подводится ток при помощи шнура. Эти стержни часто приходят в неисправность, когда вследствие нагревания нарушается их контакт со спиралью; такое повреждение легко отремонтировать своими силами, разобрав плитку. Следует избегать ставить на плитку металлическую посуду (алюминиевые кастрюли, жестяные банки и т. п.), так как при дефор-
<£ 18, 6
133
мации спирали возможно замыкание накоротко её частей. В результате оставшиеся невыключенными части спирали станут перегреваться выше нормы, и затем произойдёт перегорание нихромовой проволоки. Перегоревшую нихромовую проволоку можно, конечно, скрутить; однако место скрутки, нагреваясь сильнее нормального, вскоре опять перегорит. Перегоревшую спираль, стоящую недорого, надо заменять новой.
Из электронагревательных приборов следует упомянуть о «минутке»—нагревателе, опускаемом в сосуд с водой (рис. 131). В некоторых
Рис. 130. Электрические нагреватели — плитки бытовая (I) и для колб (II). Муфельная печь (III).
случаях «минутка» незаменима, позволяя, например, нагревать воду в стеклянных банках, которые наверняка лопнут при непосредственном помещении их на электрическую плитку или в пламя какой-либо горелки. ’Для получения горячей воды полезен также, но ' далеко не обязателен, электрический чайник или кастрюля.
6. Жаровня. Применение жаровен с углями может быть допущено как крайняя мера, при отсутствии других нагревателей. Жаровни требуют за собой хлопотливого ухода и, кроме
134
$ 1
того, отравляют воздух в помещении продуктами горения. Недопустимо сжигание в жаровнях «самоварного» угля, дающего при своём горении ядови-
Рис. 131. Нагреватель, полезный для нагревания воды в толстостенной стеклянной посуде.
тый угар —окись углерода; следует пользоваться углями, вы-гребленными из печей.
На рисунке 132 показано устройство оправдавшей себя на практике школьной жаровни, описанной проф. Верховским1).
§19. Хранение приборов.
Рис. 132. Школьная жаровня.
1. Расстановка приборов в шкапах. Как правило, приборы хранят в шкапах, за исключением тех, которые по своим крупным размерам не могут там поместиться. Поэтому такие приборы, как, например: подставка с манометрами (рис. 213), рама по механике (рис. 52), лабораторные штативы (рис. 50) и т. п., можно расположить на одном из шкапов. Совершенно недопустимо хранение в шкапу приборов, содержащих в себе раствор серной кислоты,—кислотные аккумуляторы (рис. 117), хромовые элементы (рис. 122), прибор Гофмана (рис. 315) и др., так как пары её вызовут быстрое заржавление железных частей у других приборов. Для кислот
ных аккумуляторов и хромовых элементов уместно подвесить к стене специальную небольшую полку.
Приборы в шкапах размещают по отделам физики в рабочем, но отнюдь не выставочном порядке. Порядок определяется таким подбором приборов и приспособлений, который позволял
J)O6 изготовлении жаровни — см. т. III, § 13.
§ Ь9, 2
135
бы собрать тот или иной опыт в возможно меньшее время, не прибегая к поискам в различных местах и шкапах. Рядом с приборами кладут или ставят все добавочные части и различные мелкие приспособления, которые оказываются нужными при проведении определённых опытов. Поэтому у опытного преподавателя наряду с приборами в шкапах находятся всякого рода коробки и коробочки, содержащие, казалось бы на первый взгляд, ненужные мелочи (нитки, провода, кусочки различных веществ, пробки и т. п.), которые можно бы поместить в ящики с материалами. Однако, множество мелочей оказываются необходимыми при опытах, и поэтому преподаватель, приладив их один раз, хранит затем из года в год, чтобы пользоваться ими впоследствии и тем самым экономить дорогое время.
Посуду хранят в отдельном шкапу, за исключением тех банок, колб и т. п., которые пришлось подобрать для данного опыта, так как годилась не всякая, а только определённая посуда, или же к ней были прилажены какие-нибудь приспособления. Химикалии хранятся в отдельнОлМ шкапу, лучше всего в стеклянных банках с ясно видимыми надписями; помещать туда серную, а тем более соляную кислоту не рекомендуется г). Для хранения материалов особенно удобен шкап с мелкими ящиками.
Преподаватель обязан периодически удалять пыль из шкапов и с приборов.
2. Инвентаризация приборов. Преподаватель несёт ответственность как за сохранность имущества физического кабинета и лаборатории, так и за содержание его в исправном состоянии. Для учёта имущества преподаватель обязан составлять и вести две книги: инвентарную книгу — опись имущества и материальную книгу — опись различных материалов. Для ведения инвентарной описи бухгалтерия школы выдаёт специальную книгу с пронумерованными страницами и прошнурованную. В эту книгу записываются все приборы, приобретённые по счёту в магазинах, полученные по развёрсткам, пожертвованные и т. п. Сюда же записываются и наиболее ценные самодельные приборы, если на изготовление их были затрачены материальные средства и эти приборы получили надлежащее оформление, позволяющее их применять в будущем из года в год. Для приборов, хотя бы и приобретённых, но имеющих стоимость менее 5— 10 руб., а также для большинства упрощенных, изготовленных своими силами, составляют в материальной кциге отдельный список. В материальную книгу записывают различные материалы: проволоку, химикалии, посуду, лампочки, изделия из каучука, электрические монтажные принадлежности и т. п.
Инвентарная книга должна быть на разворотах разграфлена вертикальными линиями, как показано на рисунке* 133.
Х)О хранении химикалиев и растворов — см. т. III, § 24.
136
$ 19, 2
по порядку	Название прибора	Количество	Цена		Сумма		
			руб.	коп.	руб-	коп.	
168	Аккумуляторная батарея из двух кислотных элементов ёмкостью 40 ампер-час	1	60	—	60	—	
169	Воздушный насос Комовского	1	240	—	240	—	
170	Трансформатор школьный разборный 120 V /12 V (сердечник, 3 катушки 12 V, 120 V, 220 V)	1	70	—	70	—	
Рис. 133. Пример записи
№№ по порядку	Название материала	Количество	Цена		Сумма		
			руб.	коп.	руб.	коп.	
36	Трубки стеклянные легкоплавкие	3 кг	2	90	8	70	
37	Колбы вместимостью 250 см3	5 шт.	—	27	1	35	
38	Пробирки	50 шт.	—	15	7	50	
Рис. 134. Пример записи
Преподаватель при распаковке присланных приборов проверяет по счёту или накладной наличие их и всех прилагаемых к ним частей, а также, убеждается в исправном состоянии этих приборов. В противгом случае (разбитое стекло, недостача или некомплектность частей и т. п.) составляется соответствующий акт для отсылки его в ту организацию, от которой поступили приборы.
В инвентарную книгу записывают все приборы в порядке их поступления и отнюдь не по разделам физики. Пример такой записи показан на рисунке 133. Порядковый номер, под которым прибор записан в книгу, является инвентарным. Этот
£ 7.9, 2
137
	Откуда поступил	Время поступления	1 Примечание
	В порядке оказания помощи школе от завода № 2 Приобретён в магазине Учсбыт по счёту от 24/ХП 1936 г. Приобретён в магазине Учсбыт по счёту от 24/ХП 1936 г.	1936 г. 30/XII 1936 г. 30/XII 1936 г.	Исключён как пришедший в негодность по акту № 7 от 23/IV 1946 г.
в инвентарной книге.
	Откуда поступил	Время поступления	Расход
	Магазин Учсбыт по счёту от 13/II 1940 г. Магазин Учсбыт по счёту от 18/III 1940 г. Магазин Учсбыт по счёту от 1/11 1941 г.	15/П 1940'г. 24/1П 1940г. 10/П 1941 г.	По учёту: 21/IV 1941 г. израсходовано 1/2 кг, остаток 2х/2 кг По учёту: 21/IV 1941 г. утрачена 1 колба, остаток 4 колбы По учёту: 21/IV 1941 г. утрачено 6 пробирок, оста ток 44 пробирки
в материальной книге.
номер аккуратно надписывают на приборе масляной или эмалевой краской, где-нибудь не на очень видном месте, сбоку или на уголке, но в то же время так, чтобы номер легко было отыскать, не перевёртывая и не разбирая прибора. На дополнительных частях к прибору надписывается тот же номер и в скобках ставится римская цифра согласно обозначению в инвентарной книге, например, 350 (II). Возможно, конечно, делать надписи на бумажных ярлычках, наклеиваемых на приборы, но при таком способе надписи оказываются менее долговечными и, в частности, легко загрязняются.
138
£ 7.9, 2
При записи в инвентарную книгу на обратной стороне счёта вновь перечисляются приборы с указанием инвентарного номера, под котсрым записан прибор. Такое переписывание названий приборов нужно для бухгалтерии во избежание искажения в их записях, так как в счетах названия приборов бывают иногда искажены или просто недостаточно разборчиво написаны. Такие же надписи с указанием инвентарного номера делаются на накладных и прочих документах. Если полученный прибор является не новым и в некоторой мере изношенным или же нуждается в ремонте, то в инвентарной описи в графе «Примечание» делается пометка с указанием процента изношенности или же о необходимости ремонта.
В случае порчи прибора при работе, под влиянием естественного изнашивания или по другим причинам, тотчас же составляется акт примерно следующего содержания:
АКТ № 7.
20 июня 1945 г, заведующий физическим кабинетом—преподаватель физики Петров А1.И. и завхоз N-ской неполной средней школы Иванов А. А, составили настоящий акт в нижеследующем:
Свинцовый аккумулятор, емкостью в 40 ампер-часов, числящийся в инвентарной описи под номером 261, в виду выпадения массы из пластин пришел в полную негодность и подлежит выключению из описи. Стоимость аккумулятора 26 руб,
( Подписи,)
В графе «Примечание» инвентарной книги тотча® же делается пометка об исключении прибора со ссылкой на номер акта и дату его составления, например: «Исключен как пришедший в полную негодность, по акту Л? 7 от 20 июня 1945 г.».
Материальная книга служит для описи приобретаемых в кабинет материалов и для записей об их израсходовании. В эту книгу записываются также малоценные физические приборы, в том числе изготовленные своими силами.
Книгу полезно разбить на несколько отделов, где и делать соответствующие записи. Отделы могут быть следующие:
1) Малоценные и самодельные приборы. 2) Подсобные или вспомогательные малоценные приборы. 3) Инструмент. 4) Посуда и изделия из стекла. 5) Каучуковые изделия. 6) Проволока и провода. 7) Электромонтажный материал и т. д.
На каждый из разделов в книге отводится несколько страниц; для справок на первой странице пишется оглавление с указанием страниц. Для бухгалтерии на счетах и накладных на материалы делается надпись с указанием, на какую страницу матери аль
5 19, 2
139
ной книги записан малоценный прибор или материал, например, калий двухромовокислый 500 г — см. материальную книгу, стр. 24. В материальной книге опись делается примерно так, как это изображено на рисунке 134.
По мере израсходования материалов в соответствующей графе делаются пометки. Один раз в год по окончании учебного года производится проверка инвентаря согласно описи; об износившихся приборах составляются акты, и производится их списывание. По материальной книге также проверяется наличие материалов и выясняется их наличность на новый учебный год.
Гст	11401
МЫТ,	/- нсымшй
JZra&yzme zcvyoosr /339 г
//азнаъенис Эел?омс/л>рсгц<У9 &езсг£сусы -
Сосуда
/умнгм/мг Ула£ут'&е:г/у>олга-
gj	У-ze
/7occ*?ufi С Т.4б (*/-£/)
З&меТа/ШЯ;	сосуд
Рис. 135/ Карточка каталога физических приборов (лицевая и оборотная стороны).
Кроме инвентарной и материальной книг, преподавателю нужно иметь опись приборов по разделам физики. Наилучшим является карточный каталог, позволяющий классифицировать приборы по любым признакам и в случае надобности видоизменять его в любой последовательности. Карточки для этого каталога берутся обычные, библиотечные; хранить их удобнее всего в специальных ящиках, применяемых в библиотеках. Карточки различных отделов отделяют друг от друга вставками из фанеры, представляющими собой прямоугольники, по ширине
140
£ 19, 2
равные карточке и превышающие её по высоте на 2—3 см. На карточке полезно поместить следующие данные:
1.	Название отдела физики (подсобные приборы, измерения, гидростатика, аэростатика, механика, теплота, электричество, акустика, оптика, лабораторные работы, мастерская), пользуясь каким-нибудь шифром, например: П. п. Изм, Г-ст, А-cm, Мех., Теп., Эл., Ак., On., Лаб. р.
2.	Инвентарный номер согласно описи; например: 246.
3.	Название прибора; например: Пирометр.
4.	Составные части прибора; например: Подставка со стрелкой, жестяное корытце, два стержня: железный и медный.
5.	Фирма; например: Главучтехпром.
6.	Год приобретения; например: 1940 г.
7.	Цена; например: 12 руб.
8.	Назначение прибора; например: Демонстрация теплового расширения твёрдых тел.
9.	Литературные источники, где имеется описание прибора и его использования; например: Двиняников, Учебные пособия, 1933 г., стр. 86.
10.	Разные замечания и данные.
Образец карточки показан на рисунке 135.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 20.	Методические указания студентам о работах в практикуме по методике и технике физического эксперимента.
При работе в практикуме надо руководствоваться следующими положениями и правилами:
1.	Как было уже выяснено в § 2, техника постановки эксперимента в основном определяется методическими требованиями. Перед проведением каждого эксперимента должна быть точно выяснена его целевая установка, т. е. выяснено, каким образом наблюдаемое учащимися явление будет использовано в педагогическом процессе урока. Поэтому во время предварительной подготовки к проведению эксперимента на заданную тему студент должен определить не только то, что именно должно быть показано, но и для какой цели. Тогда целевая установка позволит решить, каким образом явление необходимо продемонстрировать, и таким путём определить технику проведения эксперимента.
Равным образом целевая установка должна быть выяснена в отношении лабораторных работ. Целью работы определяется её тема или содержание, а также форма её проведения (§ 60) Р.
II.	Перед каждым занятием в практикуме необходимо провести небольшую подготовительную работу, заключающуюся прежде всего в отчётливом овладении материалом по физике по данной теме. Для этого необходимо проштудировать соответствующие главы стабильных учебников как для первого, так и второго концентров. Поскольку стабильные учебники в методическом отношении являются далеко не образцовыми, а местами даже неудачными, то следует производить просмотр изложения того же материала в других пособиях и во всяком
*) При пользовании настоящим пособием нужно иметь в виду, что некоторые, описанные в работах, эксперименты окажутся не соответствующими поставленным методическим требованиям, что должно быть студентами соответственно видоизменено.
142
£ 20
случае в учебниках Ц ингера и Сахарова (см. Предисловие). Какие бы твёрдые знания на основании вузовского курса ни имел студент по данному вопросу физики, это оказывается совершенно недостаточным, так как ему нужно познакомиться именно с методическими особенностями изложения этого вопроса для учащихся средней школы. После просмотра учебников и затем соответствующих глав т. 1 производится определение целевой установки лабораторных и демонстрационных экспериментов.
III.	Описание в данном пособии работы (назначенной руководителем практикума для выполнения) должно быть студентом з а-ранее проштудировано с тем, чтобы время, отведённое на з а-нятие, использовать именно на постановку опытов, а отнюдь не на подготовительное чтение. Если же делать опыты без предварительной к ним подготовки, то, значит, сознательно терять время совершенно непроизводительно, так как в этом случае студент не успеет овладеть ни техникой, ни тем более методикой эксперимента.
IV.	Задача, стоящая перед студентом при его занятиях в практикуме, заключается вовсе не в том, чтобы, выполнив данные в работе технические указания, пронаблюдать самому то или иное физическое явление или проделать лабораторную работу. Задача является много более сложной и многообразной и содержит в себе характерные отличия от требований, предъявляемых в практикуме по общей физике.
При занятиях в практикуме по методике и технике эксперимента студент обязан собрать те или иные установки и Прове с т и на них опыт ы, которые должны соответствовать целевой установке этих экспериментов для школы-семилетки. Кроме того, эти эксперименты должны полностью удовлетворять требованиям, предъявляемым к демонстрационному эксперименту (§§ 3 и 11) или к лабораторным занятиям.
V.	Одной из основных задач, решаемых в лаборатории методики и техники эксперимента, является вопрос об обеспечении видимости опытов. При постановке демонстрационных экспериментов совершенно обязательно заранее в процессе подготовки опыта принимать меры для обеспечения видимости (§ 11) и с расстояния 6—8 м проверить её.
VI.	В письменном отчёте по каждой работе демонстрационного характера, представляемым студентами руководителю практикума, должны быть занесены:
1.	Название опыта.
2.	Целевая установка опыта, т. е. указание, как воспроизводимое явление будет использовано в дальнейшем процессе урока.
3.	Схемы и рисунки, выполненные от руки пером (без применения линейки, циркуля, цветных карандашей и т. п.) в том виде, как они делаются учителем на доске мелом в процессе объяснения данного вопроса по физике, иллюстрируемого или определяемого демонстрируемым опытом (см. т. I, §§ 24 и 25 и т. IV).
§ 21, 1—2
143
4.	Указания, какие именно мероприятия (§ 11, 1—9) приняты для обеспечения видимости.
5.	Ответы на поставленные в описаниях работ вопросы.
6.	Замечания по вопросам техники и методики данного опыта, которые студент сам находит нужным занести для памяти.
Глава четвёртая.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НА ЭКРАНЕ ДИАПОЗИТИВОВ И ПРИБОРОВ.
§ 21. Диаскопическое проектирование диапозитивов.
1.	Методические замечания. Целью настоящей работы является ознакомление с типами школьных проекционных фонарей и с приёмами проектирования на экран диапозитивов — стеклянных и плёночных. Наиболее трудной и в то же время наиболее важной частью работы является центрирование света, на что нужно обратить самое серьёзное внимание. Выполнение этой работы безусловно необходимо для каждого студента, так как всякий преподаватель вообще, а физики тем более, должен овладеть в совершенстве техникой проектирования на экран диапозитивов. Кроме того, данная работа является подготовительной к проектированию приборов на экран. Проектирование следует изучить для различных источников света, в том числе для карбидной горелки и обыкновенной лампочки накаливания и проекционных ламп на 120 V и 12 V.
2.	Диапозитивы. Стеклянные диапозитивы бывают различных размеров: 80 дшХ80логиб0 дшх45 мм. Диапозитивы при проектировании вставляются в деревянные или металлические кассеты, в свою очередь вкладывающиеся в рамку (рис. 66). Без рамки вести проектирование диапозитивов нельзя. Рамки делаются всегда с двумя кассетами для того, чтобы возможно было изображение на экране одного диапозитива непосредственно сменять другим. Рамка устроена так, что пока ведётся проектирование одного диапозитива, вторую кассету можно вынуть и заменить в ней следующим тот диапозитив, который уже был продемонстрирован. Кассеты сделаны одинакового размера, но гнёзда в них для диапозитивов имеют различную величину, в соответствии с размерами диапозитива. Поэтому к одной рамке при продаже прилагается несколько кассет.
Посредством школьного» проекционного фонаря (рис. 61) можно производить проектирование стеклянных диапозитивов. Малый проекционный фонарь (рис. 65) позволяет проектировать стеклянные диапозитивы лишь малого размера (60 лшх45 мм)', в основном же он предназначен для плёночных диапозитивов. Для проектирования последних к фонарю прилагается специальная приставка (рис. 136).
144
£ 2/, 3
Об изготовлении диапозитивов своими силами см. т. IIL О типах диапозитивов — см. т. I, рис. 48—52.
3.	Опыт I. Центрирование света в проекционном фонаре школьного типа.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь школьного типа (рис. 61). 2) Экран. 3) Электролампы — обыкновенная (рис. 71, I) и от эпидиаскопа (рис. 71, III). 4) Подставка для лампы.
Рис. 136. Приставка для ленточных диапозитивов.
А и В — ролики для перемещения плёнки. СС — скобки для вкладывания плёнки.
Настоящая работа, ставящая своей целью научить правильному центрированию света, т. е. установке источника света в надлежащем месте по отношению к конденсору, имеет важнейшее значение для всех последующих работ с фонарём.
1)	По описанию (§ 13, 1, 2, 3) ознакомиться с устройством школьного проекционного фонаря и с источником света (§ 13, 6—14), обратив особое внимание на вопрос о центрировании света (§ 13, 13).
2)	Взять проекционный фонарь школьного типа (рис. 61) и подставку для лампы (рис. 72). Ввернуть в неё сначала обыкновенную лампочку накаливания, лучше всего биспиральную мощностью в 98 W (рис. 71, I). С подставки снять вогнутое зеркало и поставить подставку примерно на середину внутри фонаря (с конденсором и объективом). Передвигая объектив взад и вперёд, получить на экране, помещённом на расстоянии 1 г/2—2 м, освещённый круг с резко очерченными краями.
S Ы 4
145
3)	Вследствие неправильного расположения источника света по отношению к конденсору обычно на освещённом круге наблюдаются тёмные или окрашенные пятна. Перемещая слегка подставку внутри фонаря влево, вправо, вверх и вниз, можно убедиться, что пятна на освещённом круге экрана меняют свой характер и свои места. На рисунках в § 13, 13 показаны наиболее типичные случаи пятен и указано, какая неправильность допущена в установке источника света в каждом случае.
Найти такое положение источника, при котором освещённый круг оказывается освещённым совершенно равномерно без каких-либо пятен.
4)	Когда это требование будет выполнено, надеть на подставку вогнутое зеркало и посмотреть, как его присутствие отражается на освещённости экрана. Оставляя источник света в одном и том же положении, соответствующем случаю равномерно освещённого экрана, менять положение зеркала относительно лампы, сдвигая вниз, вверх, ближе и дальше. Найти опытным путём такое положение зеркала, при котором получается наибольший выигрыш в освещённости при полном отсутствии пятен и бликов.
5)	Повторить центрирование света* заменив обыкновенную лампу лампой от эпидиаскопа или кинопроектора УП—2 (300 W) (рис. 71, II и III).
6)	Зарядить согласно описанию (§ 13, 14) ацетиленовый газогенератор (рис. 79) и процентрировать свет. После того как весь карбид отработается, газогенератор разобрать, вычистить и промыть.
П римечание. После центрирования света каждого источника можно спроектировать диапозитив согласно указаниям, данным в дальнейшем изложении (раздел 5).
4.	Опыт II. Центрирование света в малом проекционном фонаре и в оптической скамье.
Приборы и материалы: 1) Малый проекционный фонарь (рис. 65). 2) Оптическая скамья с объективом (рис. 62). 3) Трансформатор на 120/12 V. 4) Проекционная лампочка на 12 V. 5) Ламповый реостат (рис. 308). 6) Экран. 7) Провода для соединений.
1)	Ознакомиться по описанию (§ 13, 3 и 5) с конструкцией фонарей (рис. 62 и 65), а также со способами включения лампы на 12 V (§ 13, И и 12).
2)	Зажечь лампочку на 12 V, собрав для этого схему с трансформатором, показанную на’рисунке 137, I.
3)	Включить в осветительную сеть лампочку на 12 V через ламповый реостат (§ 43,7), ввернув в него лампочки по 40 W или, лучше, по 100 W (рис. 308 и 137, II). Для лампочки на 12 V, 30 W нужно будет взять примерно 3 лампочки по 100 W или 8—9 лампочек по 40 W. Если же мощность лампочки на 12 V равна Ю Е. Н. Горячкин
146
$ 21, 5
50 W, то количество лампочек на 120 V в реостате должно быть увеличено в 11/2 Раза (расчёты —см. в § 43,7).
4)	Включить лампочку на 12 V через реостат или трансформатор и поместить её в малый проекционный фонарь. Согласно ука-
'-'•'120 6
Х«« (30 6тJ
J и
^120 б
о---
XZ___ 3 ламп!»
120 б (100 6т)
Рис. 137. Включение лампочки на 12 V через трансформатор (I) и ламповый реостат (II).
заниям (§ 13,13), центрировать свет так, чтобы освещённый круг на экране не имел тёмных или окрашенных пятен.
5)	Центрировать свет подобным же образом в проекционном фонаре с оптической скамьёй. Добившись равномерного освещения круга на экране, перейти к установке зеркала. Для этого, согласно указаниям (§ 13,13), сдвинуть объектив вперёд до получения на экране изображения светящейся нити лампочки. Придвигать к лампочке посте-
пенно зеркало и добиться получения на экране второго изображения нити в перевёрнутом виде. Менять угол наклона зеркала, чтобы изображения нитей оказались расположенными так, как это показано на рисунке 78.
6)	Вновь сдвинуть объектив так, чтобы получить освещённый круг, и проверить, не появилось ли тёмных пятен. Если это случилось, поправить положение лампочки. В случае, если граница освещённого круга окажется двойной, надо слегка переместить
зеркало до исчезновения этого явления.
5.	Опыт III. Проектирование на экран диапозитивов.
Приборы и материалы: 1) Проекционные фонари — школьного типа и малый. 2) Экран. 3) Подставка с электрической лампой. 4) Рамки с кассетами. 5) Диапозитивы различного размера и характера — штриховой, тоновой и цветной. 6) Киноплёнка с диапозитивами. 7) Приставка для проектирования плёночных диапозитивов.
1) Центрировав электрический источник света, согласно указаниям предыдущего опыта, вставить диапозитив с чертежом в рамку и, сдвигая объектив, получить изображение на экране. Действуя винтом кремальеры или же сдвигая соответствующий рычажок на объективе, добиться на экране наиболее резкого изображения. Обратить внимание на неодинаковую чёткость в середине и по краям изображения картинки.
§ 21, 6
147
Рис. 138. Перевёртывание диапозитива для его правильной установки в кассету рамки.
2)	Научиться правильно вставлять диапозитив в кассету рамки. Для этого надо усвоить раз навсегда следующий приём. Взят! диапозитив в руку так, чтобы на просвет рисунок и надписи оказались расположенными правильно (рис. 138). Затем повернуть диапозитив вокруг горизонтальной оси (т. е. в вертикальной плоскости) на 180° и вставить его в кассету рамки.
3)	Спроектировать на экран диапозитивы различных р азмеров. Сп роекти-ровать диапозитивы с
различными рисунками—штриховым (чертёж), тоновым (фото) и раскрашенным (см. т. I, § 22 и рис. 48—52).
4)	Укрепить на малом проекционном фонаре приставку для киноплёнки (рис. 136) и спроектировать на экран несколько плёночных диапозитивов (см. т. I, рис. 51).
6. Опыт IV. Изучение проекционного фонаря и экрана.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь школьного типа. 2) Лампочка на подставке. 3) Стекло к конденсору с царапинами и трещинами. 4) Две линзы — длиннофокусная и короткофокусная. 5) Зеркало размером не менее 1 дм2. 6) Диапозитив. 7) Рамка для диапозитива. 8) Лист фанеры. 9) Полосы различной белой и серебряной бумаги и полотно. 10) Кнопки.
1)	Центрировать свет (§ 13,13) в проекционном фонаре, получив равномерно освещённый круг на экране. Спроектировать диапозитив.
2)	Удалить конденсор из фонаря и вновь спроектировать диапозитив на экран. Выяснить разницу в получаемых изображениях с конденсором и без него.
3)	Удалить из конденсора одно стекло. Спроектировать диапозитив. Сравнить качества получаемых изображений: а) при полном конденсоре; б) при неполном —со стеклом, поставленным ближе к лампе; в) при неполном — со стеклом, расположенным ближе к диапозитиву.
4)	Взять одно стекло в конденсоре с царапинами и треснутое, другое —нормальное. Выяснить, как эти дефекты отражаются на качестве проектирования. Как лучше расположить стекло с дефектами —ближе к лампе или к диапозитиву?
5)	Заменить объектив фонаря линзами, сначала длиннофокусной и затем короткофокусной (рис. 139). Выяснить, как изменяют
148
§ 21, 6
ются размеры получаемых изображений; как проявляется сферическая и хроматическая аберрации. При проектировании воспользоваться диапозитивом со штриховым рисунком и надписями
Рис. 139. Проектирование при помощи линзы А взамен объектива.
(чертёж) или, лучше, самодельным, начертив тушью на стекле несколько взаимно перпендикулярных прямых линий (сетка).
6)	Вынуть из объектива одну из линз и выяснить, каким образом её отсутствие скажется йа качествах изображения.
Рис. 140, I. Положения зеркала для проектирования на боковые и заднюю стены.
7)	Пользуясь нормальным объективом и конденсором и передвигая фонарь, получить изображение различных размеров с поперечником в 1 м, 1,5 м и 2 м. Выяснить, как изменяется освещённость. Каким образом изображение может быть получено на экране выше или ниже?
§ 22, 1
149
Рис. 140, 11. Приставка к проекционному фонарю для проектирования с горизонтальной плоскости.
8)	Взяв хорошее зеркало (размером около 1 дм2), поставить его под углом к направлению пучка света, идущего из объектива фонаря, и получить изображения на боковой стене, потолке и сзади фонаря (рис. 140, I).
9)	На листе фанеры кнопками укрепить несколько одинаковых по величине полос: а) из белой бумаги различных сортов: глянцевой, обычной писчей, чертёжной и матовой (ватман или полуватман); б) из полотна; в) из бумаги, покрытой «серебряной» краской из порошка алюминия. Получить на таком экране изображение диапозитива и сравнить между собой освещённость, получаемую на различных материалах.
§ 22. Эпископическое проектирование.
1. Опыт I. Центрирование света в эпископе и проектирование картин.
Приборы и материалы: 1)Эпидиаскоп (рис.64). 2)Картинки— штриховая, тоновая и раскрашенная. 3) Рамка для диапозитивов. 4) Диапозитив. 5) Карманные часы. 6) Закреплённый магнитный спектр. 7) Книга с картинками.
1)	Рассмотреть устройство эпидиаскопа (рис. 64 и 68) и, в частности, изучить действие рукоятки К, помещённой сбоку, для перехода от эпископической проекции к диаскопической (§ 13, 4).
2)	Поворотом рукоятки Q опустить Р подъёмный столик и, положив на него лист чистой белой бумаги, вновь поднять столик. Зажечь лампу и посредством верхнего объектива О (выдвигая или вдвигая его) получить изображение бумаги на экране, расположенном на расстоянии 2—3 м.
3)	Добиться, чтобы изображение бумаги не содержало бликов и являлось освещённым равномерно. Для этого, несколько отвинтив винт, закрепляющий лампу S (рис. 68), медленно перемещать лампу вверх и вниз, а также поворачивать её до получения равномерной освещённости изображения на экране.
4)	Центрировав таким образом свет, положить на столик одну после другой различные картинки—штриховую (чертёж), тоновую и раскрашенную и спроектировать их на экран. Для
150
£ 22, 2; § 23, 1—2
получения правильного расположения изображения на экране накладываемая картинка должна лечь на столик своим верхним краем параллельно задней стенке эпископа.
5)	Обратить внимание на сильное нагревание картинки, которую поэтому нельзя долго держать освещённой во избежание её порчи (вспучивания и даже обугливания).
6)	Положить на подъёмный столик книгу с картинкой и спроектировать текст на экран.
7)	Поместить на столик поочерёдно свою руку, карманные часы (с открытой задней крышкой), закреплённый на бумаге магнитный спектр (§69) и спроектировать их. Убедиться, что отчётливое изображение получается лишь для точек предмета, лежащих в одной плоскости.
8)	Перейти на диаскопическое проектирование и, центрировав свет (§ 13),. спроектировать диапозитив.
2.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Начертить ход лучей в эпископе (рис. 64).
2)	Почему у объектива эпископа диаметр больше, чем у объектива диаскопа?
3)	Почему в эпископе применена мощная лампа в 500 W? Нельзя ли заменить её обычной осветительной лампой или лампочкой на 12 V (30 W или 50 W)?
§ 23. Диаскопическое проектирование приборов.
1. Методические замечания. Проведение настоящей работы возможно лишьпосле усвоения приёмов центрирования света и проектирования диапозитивов (§ 21). В данной работе приведён ряд типичных опытов, демонстрация которых в классе без проектирования или вовсе невозможна, или же во всяком случае сильно затруднена, так как не обеспечивает необходимой видимости.
Рис. 141. Сосуд с плоско-параллельными стенками для проекции.
2.	Опыт I. Капилляры.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь (объектив, подъёмный столик) (рис. 62). 2)Трансформатор на 120/12V (рис.76). 3) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 4) Капилляры. 5) Марганцовокислый калий. 6) Полоска картона. 7) Ножницы.
Для данного опыта необходим сосуд с плоско-парал
лельными стенками, изготовление которого своими силами не представляет затруднений (рис. 141). Капилляры изготавливаются также своими силами посредством быстрого растягивания нагретой на спиртовке стеклянной трубки (см. т. Ill, § 16).
£ 23, 2
151
1)	Приготовить для опыта проекционный фонарь, центрировав в нём свет.
2)	Приготовить густо окрашенный раствор марганцовокислого калия. Вырезать из картона полоску так, чтобы она образо-
Рис. 142. Прибор для проектирования капиллярных трубочек (I) и электролиза уксуснокислого свинца (II).
вывала крышку для сосуда. Вставить в картон несколько капиллярных трубок различного диаметра (рис. 142, I). В сосуд налить на 3/4 раствора марганцовокислого калия.
152
§ 23, 3
3)	Поставить сосуд на столик проекционного фонаря и спроектировать изображение капилляров на экран так, чтобы изображение уровня жидкости в них оказалось примерно в середине полученной на экране картины (рис. 143).
3.	Опыт II. Выделение металла при электролизе.
Приборы и материалы: 1) Проекционный фонарь (объектив, столик). 2) Трансформатор на 120/12 V. 3) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 4) Уксуснокислый свинец. 5) Свинцовые электроды. 6) Батареи аккумуляторов или элементов на 12 V. 7) Дестиллированная вода. 8) Уксусная эссенция.
Рис. 144. Проектирование электролиза уксуснокислого свинца.
Опыт служит для демонстрации того, что при электролизе солей металл выделяется на катоде. Демонстрация весьма показательна, так как свинец откладывается в кристаллическом виде, образуя нечто подобнсе разветвлению ветвей на дереве, почему явление носит название «сатурнова дерева».
1)	Приготовить раствор уксуснокислого свинца в дестилли-рованной воде. При употреблении обычной воды раствор вследствие образования нерастворимых солей свинца получается мутный. Однако муть совершенно исчезнет при добавлении двух-трёх (но не более) капель уксусной кислоты (эссенции).
2)	Вырезать из листового свинца электроды — один К в виде руки с растопыренными пальцами и другой А в виде тонкой полоски. Укрепить электроды, *как показано на рисунке 142, II, в деревянной или картонной крышке к сосуду. Наполнить сосуд с плоско-параллельными стенками раствором и опустить туда электроды.
§ 23, 4; § 24, 1
153
3)	Спроектировать сосуд на экран, фокусируя его электроды. Приключить через реостат минус батареи в 6 V к электроду в виде руки и плюс — к свинцовой полосе (рис. 144). Если реакция выделения свинпа пойдёт слишком медленно, повысить напряжение, постепенно приключая добавочные элементы или аккумуляторы. Иметь в виду, что при чересчур большом напряжении образующиеся кристаллы станут отпадать хлопьями.
4)	Получив «сатурново дерево», переменить полюсы источника тока и наблюдать, что происходит с «деревом» и на каком электроде выделяется свинец.
4.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Какой недостаток имеет марганцовокислый калий как красящее вещество?
2)	Какой вид приобретают в проектировании стеклянные трубки?
3)	Почему для уничтожения мути в растворе уксуснокислого свинца рекомендуется прилить две-три капли уксусной кислоты, но не более?
4)	Почему важно расположить свинцовые электроды в одной плоскости?
5)	Какое методическое значение имеет демонстрация с уничтожением «сатурнова дерева» при перемене полюсов батареи?
§ 24. Теневое проектирование.
1. Принцип ние отличается
Рис. 145. Вид прибор ов при теневом проек-
тировании.
теневого проектирования. Теневое проектирова-от обычного проектирования (§ 13, 21 и 22) тем, что на экране получают не изображение предмета, а только его тень. В некоторых случаях такой способ является весьма выгодным для обеспечения видимости (рис. 145). Кроме того, в
А
Рис. 146. Принципиальная схема теневого проектирования.
теневом проектировании может быть использовано физическое явление преломления света при прохождении через границу двух сред, благодаря чему на экране удаётся сделать видимыми струи различных газов и паров или горячего воздуха (рис. 14Э).
154
§ 24, 1
Аппаратура для теневого проектирования крайне проста и состоит из точечного источника света, помещённого внутри какой-нибудь коробки с отверстием для выхода лучей света (например, в корпусе проекционного фонаря без конденсора).
Если точечный источник света S помещён внутри камеры с круглым отверстием в одной из её стенок (рис. 146), то на экране АВ расходящийся пучок света даст освещённый круг. Если на пути распространения света поместить какой-либо предмет С, например, шар, то на фоне ярко освещённого экрана будет получена
Рис. 147. Установка для теневого проектирования на вертикальный экран.
тень в виде круга; у неё будут тем более резко очерчены контуры, чем больше источник приближается к точечному. На рисунке 147 показана установка для теневого проектирования на вертикальный экран. Источник света помещён внутри корпуса В проекционного фонаря, из которого удалён конденсор. На пути распространения света помещён прибор А, дающий на экране теневое изображение. Таким образом, зритель видит не только самый прибор, к тому же ещё ярко освещённый, но и его тень в увеличенном виде. Чем ближе предмет расположен к источнику света и чем дальше экран, тем больше будет увеличение. Так как обычные источники света не являются точечными и свет
в них излучается с некоторой поверхности, то границы тени будут тем более резкими, чем дальше проектируемый предмет находится ст источника света. На опыте легко подобрать такое расстояние предмета от источника света, чтобы увеличение оказалось достаточным, а границы тени резко очерченными.
Теневое проектирование, давая увеличенное изображение предмета, позволяет увидеть теневое изображение различных мелких деталей, которые при обычных условиях могут быть рассмотрены лишь в непосредственной близости от предмета.
Теневая проекция применяется с равным успехом и для получения теневых изображений объектов, расположенных в горизонтальной плоскости, например, магнитных спектров, поверхности воды и т. п. Простейший вид установки для горизонтальной проекции показан на рисунке 148. Точечный источник света
§ 24, 2—3
155
помещён между ножками табуретки, у которой вместо крышки положено зеркальное стекло. Табуретка должна быть закрыта с боков тёмной материей, не пропускающей света. Если положить какой-либо предмет на стекло, то на потолке получится его теневое изображение в увеличенном виде.
2.	Источник света. Наилучшим источником света, достаточно близким к точечному, является вольтова дуга, питаемая постоянным током. Дуга переменного тока, у которой одинаково ярко светятся концы обоих углей, даёт два теневых изобра
жения, сдвинутых по отношению друг к другу. Нет никакой надобности применять дугу с сильным током (20—30 А); при тонких углях и силе тока в 5—10 А получается достаточно сильное освещение экрана. В частности, для проектирования может быть с успехом использована дуговая лампа от проекционной скамьи (§ 13, 5 и рис. 70).
О включении дуговой лампы — см. § 43, 5—6.
Чтобы избавиться от одной из двух теней и полу-
Рис. 148. Установка для теневого проектирования на горизонтальный экран.
чить резкое изображение,
следует, взяв для проектирования какой-нибудь предмет с мелкими деталями, менять положение углей относительно друг друга и в заключение поворачивать дуговую лампу различным образом впредь до получения желаемого результата.
Много проще воспользоваться в качестве источника света лампочкой на 12 V, 30 W от кинопроекционного аппарата (рис. 71, IV). Для этой лампочки, так же как и для вольтовой дуги, надо на опыте найти подходящее положение для получения наиболее резкого изображения.
3.	Объекты для теневого проектирования. Теневое проектирование следует применять только в тех случаях, когда оно является действительно необходимым. В дальнейших опытах приведены случаи рационального применения этого метода в семилетней школе.
Особый интерес представляет теневое проектирование газов и паров, струи которых становятся явно видимыми на тени.
Проектирование на экран тонкостенной стеклянной посуды (химических стаканов, колб и т. п.) невозможно, так как её отдельные части, действуя то как собирающие, то как рассеивающие линзы, создают на экране блики, искажающие форму этих предметов
156
$ 24, 4—5
до неузнаваемости. Плоские стёкла, вследствие неправильностей своей поверхности (углубления и выступы), действующих как выпуклые и вогнутые цилиндрические линзы, дают при теневом проектировании тёмные и светлые полосы, в чём легко убедиться, спроектировав кусок оконного стекла. Зеркальные стёкла, поверхность которых посредством шлифовки делается плоской, дают на экране равномерную серую тень, лишённую искажающих бликов. Неплохими для проектирования оказываются стёкла от фотографических пластинок, с которых смыта эмульсия. В случае необходимости иметь прямоугольный стеклянный сосуд, его следует собирать из стёкол от фотопластинок (см. т. III, § 16).
4.	Установка для теневого проектирования. Для теневого вертикального проектирования может служить тот же самый экран, что и для проекционного фонаря. Однако, выгоднее воспользоваться переносным экраном, подвесив его сзади демонстрационного стола. Тогда проектируемый предмет можно расположить на этом столе, где он хорошо виден для всех учащихся. Источник света придётся поместить перед демонстрационным столом на специальном столике или первом столе, за которым сидят учащиеся.
Для горизонтального проектирования желательно сделать из клеёной фанеры прямоугольный параллелепипед (куб) высотой около 1 м со сторонами основания в 50—70 см, который мы в дальнейшем будем называть «стол для теневого проектирования». Внизу в боковой стенке стола необходимо для вдвигания источника света прорезать прямоугольное отверстие, закрываемое дверкой или задёргивающейся светонепроницаемой занавеской (рис. 453). Стол закрывают, как крышкой, зеркальным или бемским стеклом, предварительно выбрав такое ровное, которое не даёт бликов. Проектирование производится на потолок, который в случае отсутствия штукатурки оклеивают белой бумагой.
Для получения лучшей видимости отверстие, через которое проходит свет, закрывают экранами, сделанными из фанеры или жести и снабжёнными круглыми или прямоугольными прорезами. Это позволит получать освещённое поле на экране такой наименьшей величины, чтобы на нём умещалась только тень предмета или его отдельных частей, подлежащих проектированию.
б. Опыт I. Движение проводника в магнитном поле.
Приборы и материалы: 1) Корпус от школьного проекционного фонаря. 2) Точечный источник света. 3) Прибор для демонстрации движения проводника в магнитном поле (рис. 376). 4) Батарея из двух-трёх аккумуляторов или элементов. 5) Ключ. 6) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации, что проводник с электрическим током перемещается в магнитном поле, но в основном опыт предназначен для овладения техникой теневого проектиро
£	6
157
вания. Поэтому особое внимание надо обратить на получение чёткого изображения прибора в теневом проектировании.
1)	В качестве источника света взять кинопроекционную лампу на 12 V (рис. 71, V1).
Лампу на 12 V включить через трансформатор (§ 13, 12). Поместить лампу внутрь корпуса от проекционного фонаря. Направить пучок света на экран.
2)	На расстоянии примерно!—1V2 м от фонаря расположить прибор: движение проводника в магнитном поле (рис. 145). При этом прибор должен оказаться в пучке лучей света, падающем на экран.
3)	Повернуть лампу на подставке так, чтобы тень от получаемого изображения прибора приобрела резко очерченные границы, и провод оказался ясно видимым на экране. Приближая и удаляя прибор от фонаря, найти положение, при котором получается резкое изображение при достаточном увеличении.
4)	Повернуть прибор так, чтобы теневое изображение магнита и провода приняло вид, наиболее выгодный для демонстрации смещения провода между полюсами магнита.
5)	Присоединить к прибору батарею из 2—3 элементов или аккумуляторов через ключ и, включая ток, показать два случая смещения провода в магнитном поле.
6.	Опыт II. Восходящие потоки горячего воздуха.
Приборы и материалы: 1) Установка для вертикального теневого проектирования. 2) Спички. 3) Спиртовка или газовая горелка. 4) Лист картона или фанеры. 5) Чугунная гиря в 5 кг. 6) Подъёмный столик.
Опыт служит для демонстрации восходящих потоков воздуха, образующихся над пламенем или над сильно нагретым телом. Для получения отчётливо видимых восходящих потоков необходимо более тщательное центрирование света, чем в предыдущем опыте.
1)	Согласно указаниям предыдущего опыта, установить лампу на 12 V в корпусе фонаря так, чтобы тень от какого-либо предмета получалась с особо резкими границами.
2)	На пути распространения лучей света поместить зажжённую спичку или, лучше, лучинку. Приближая и удаляя её от источника света, найти наилучшее положение, при котором мощные восходящие потоки воздуха видны наиболее ясно (рис. 149,1).
3)	Взять подъёмный столик и, поставив на нём зажженную спиртовку или газовую горелку, получить теневое изображение восходящих потоков.
Ч Наиболее удобной является котельная лампа на 12 V, требующая обыкновенного патрона (рис. 71, VI); для неё пригодна нодставка, изображённая на рисунке 72.
158
§ Ы, 7
4)	На пути потока поместить наклонно лист картона или фанеры так, чтобы лист проектировался в виде прямой линии, и наблюдать, как поток, скользя вдоль листа, поднимается вверх (рис. 149, И).
5)	Сильно нагреть на примусе чугунную гирю (весом в 5 кг) или утюг и, поместив на подъёмный столик, получить теневое изображение восходящих потоков. При этом, чтобы не испортить крышки столика, под гирю подложить лист- асбеста.
7.	Опыт III. Наблюдение паров эфира.
Приборы и материалы:!) Установка для вертикального проектирования. 2) Сосуд с плоско-параллельными стенками. 3) Подъёмный столик. 4) Серный эфир. 5) Колба. 6) Стёкла от фотографических негативов. 7) Сургуч.
к	п.
Рис. 149. Восходящие потоки горячего воздуха в теневом проектировании: I — поток от пламени спички и II — поток вдоль наклонной площадки.
Опыт служит для обнаружения, что пары эфира тяжелей воздуха и их можно переливать из одного сосуда в другой.
1)	Прежде чем производить опыт, надо добиться получения наибольшей видимости струи паров эфира и воздуха. Для этого взять бутылку или, лучше, колбу и налить в неё несколько капель эфира; тогда при небольшом подогревании руками шарообразной части она окажется заполненной парами эфира. Наклонить горлышко колбы так, как это делается при выливании жидкости, расположив колбу при этом на пути распространения лучей света установки для теневого проектирования. Наблюдать за тенью, получаемой на экране, и при этом добиться наилучших результатов, центрируя источник света. Когда струя вытекающих из колбы паров станет достаточно ясно видной, менять расстояние колбы от источника света, чтобы получить достаточное
§ 24, 8
159
увеличение при возможно большей резкости изображения (рис. 150, I).
2)	Получить теневое изображение руки и на её ладонь капнуть из пузырька несколько капель эфира; наблюдать струи паров бурно испаряющегося эфира.
3)	Сосуд с плоско-параллельными стенками из фотопластинок (6 см х 9 еж)1), склеенный (по углам) сургучом или бумагой, поставить на подъёмный столик или иную подставку и получить его теневое изображение (рис. 150,11). Пользуясь описанной в пункте 1 колбой, «наливать» из неё в сосуд пары эфира до тех пор, пока они не потекут через край. В заключение показать, что пары эфира могут быть вылиты из сосуда при его наклоне. Опыт сделать несколько раз, добиваясь наилучшей видимости как процесса наполнения, так и опорожнения сосуда.
I.	н.
Рис. 150. Опыты с парами эфира в теневом проектировании:
I— вытенание струи паров из бутылки; II — заполнение сосуда парами. .
Примечание. При опытах с парами эфира иметь в виду их лёгкую воспламеняемость, почему нельзя в это время вблизи зажигать спички, а тем более иметь горящую спиртовку или какую-либо другую горелку.
8.	Опыт IV. Магнитные спектры.
Приборы и материалы: 1)Стол для горизонтального теневого проектирования (рис. 148). 2)'Лабораторный штатив. 3) Кинопроекционная лампа на 12 V (рис. 71, IV). 4) Магниты — два прямых (рис. 342) и U - образный. 5) Железные опилки. 6) Коробочки с ситом. 7) Зеркальные стёкла.
*)Об изготовлении — см. т. III, § 16.
160
? 24, s
Опыты служат для демонстрации типичных магнитных спектров, но в основном предназначены для овладения техникой теневого проектирования.
1) Закрепить лампу в штативе и поставить её внутри столика для проекции (рис. 148). Обратить внимание на то, чтобы свет
Рис. 151. Получение магнитного спектра Рис. 153. Получение камерто-для горизонтальной проекции.	ном с остриём графика коле-
баний ветвей.
Рис. 152. Камертон с остриём.
А	В	С
Рис. 154. Демонстрация явления параллакса.
проходил только через верхнюю часть столика, т. е. сквозь зеркальное стекло.
2)	Положить на стекло А столика прямой магнит, покрыть его сверху зеркальным стеклом и посредством сита насыпать на последнее равномерно железных опилок. Постучать пальцем по стеклу и получить спектр прямого магнита (рис. 151).
3)	Поворачивать проекционную лампу, придавая ей разнообразные положения до тех пор, пока теневое изображение спектра на потолке не станет наиболее чётким. На правильное центрирование источника об
ратить особое внимание, добиваясь паилучших резулыатов.
4)	Взяв четыре куска фанеры, картона или плотной бумаги, закрыть ими края стекла, оставив свободной лишь ту его часть, где расположен спектр, и посмотреть, как это отражается на видимости.
§ 24, 9; § 25, 1
161
5)	В заключение получить спектры между одноимёнными и разноимёнными полюсами двух магнитов и для U-образного магнита.
9.	Опыт V. Колебательное движение ветвей камертона.
Приборы и материалы: 1) Стол для горизонтального проектирования (рис. 148). 2) Камертон с остриём (рис. 152). 3) Деревянный молоточек для камертона. 4) Сухой песок. 5) Сито.
Опыт имеет целью показать, что ветви звучащего камертона находятся в колебательном движении. Опыт более труден для своего осуществления, чем получение магнитных спектров.
Воспользоваться установкой предыдущего опыта для горизонтального теневого проектирования.
1)	На стекло стола посредством сита равномерно насыпать сухого песка.
2)	Для опыта взять камертон, снабжённый на конце одной из ветвей остриём, т. е. изогнутой заострённой проволочкой. При отсутствии камертона заменить его вилкой из согнутой железной полоски.
Возбудить колебания, ударив деревянным молоточком по концу ветви камертона.
3)	Провести остриём по поверхности стекла с насыпанным на него песком, двигая звучащий камертон к себе в направлении его ветвей.
4)	Повторить опыт несколько раз и добиться, чтобы на песке в результате движения камертона получалась правильная синусоида (рис. 153). При этом надо обратить внимание на правильное центрирование света, чтобы получить на потолке достаточно резкое изображение синусоидальной кривой.
Глава пятая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО ПРОСТЕЙШИМ ФИЗИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ.
§ $5. Измерения длины, объёма и веса.
Методическиеуказани’я — см. т. I, §§58 и 59.
Изготовление приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 29—32 и рис. 119—133.
1. Понятие об измерениях. Линейное измерение, как сравнение измеряемой длины с мерой, показывают, прочертив на классной доске прямую линию. Откладывают на прямой какую-нибудь условную меру длины (чертёжную линейку), отмечая поперечными штрихами концы отрезков, равных избранной мере. Взвешивание показывают, подобрав заранее тело такого веса, чтобы оно могло быть уравновешено несколькими одинаковыми гирями.
11 Е. Н. Горячкин
162
§ 25, 2
2. Измерение длин, площадей и объёмов. 1) Измерение д л й н ы. Из простейших измерительных инструментов показывают рулетки и различные масштабные линейки (рис. 462), в том числе демонстрационный метр (рис. 41). Не объясняя устройства нониуса, желательно показать применение штангенциркуля для измерений расстояний между точками, толщины и наружных диаметров цилиндра, внутреннего диаметра и глубины (см. ф. Э., т. II, § 2, 13). Возможно также в нескольких словах ознакомить с назначением кронциркуля (см. Ф. Э., т. II, § 4, 3). Объяснения правил измерения длины сопровождаются демонстрацией явления параллакса1 > (рис. 154), а также посредством правильного и неправильного расположения демонстрационного метра, прикладываемого между двумя штрихами, нанесёнными на классную Доску.
2)	Измерение площадей. Если доска содержит нанесённую на неё сетку (§ 6, 7), то, нарисовав на ней замкнутый контур любой формы, можно показать способ измерения площадей, изложенный в § 62, 3 (рис. 472). Полезными пособиями оказываются квадратные куски картона площадью в 1 см2 и 1 дм2, а также лист фанеры площадью в 1 ж2, разделённый на квадратные дециметры.
3)	Измерения объёмов. Показывают разборный кубический дециметр (рис. 5, II) и выполненные из жести или картона кубический дециметр и кубический сантиметр. Весьма желательна также демонстрация кубического метра (см. т. I, рис. 126). Литр демонстрируется в виде кружки, а также набором стеклянной посуды, применяемой в быту: бутылки и стандартные стеклянные банки из-под консервов (1 л и х/2 л). Измерение объёмов тел неправильной формы демонстрируется с помощью мензурки (рис. 469) и отливного стакана (рис. 470), как введение к соответствующей лабораторной работе (рис. 473) (§ 62).
4)	Взвешивание. Чтобы помочь учащимся запомнить, что вес воды в объёмах 1 см2 и 1 дм2 соответственно равен 1 Г и 1 кГ, полезно при помощи весов показать, что равновесие весов для гирь в 1 Г и 1 кГ наступает после заполнения водой сосудов в 1 см2 и 1 дм2. Для демонстрации берут весы—аптекарские (рис. 95), технические (рис. 99), Беранже (рис. 97)‘ или демонстрационные (рис. 98). Для разъяснения принципа действия весов полезными оказываются упрощенные самодельные весы, сделанные из рычага Бакушинского (рис. 476). Показывая взвешивание, разъясняют правила обращения с весами (§ 15, 3).
5)	Измерение времени. Желательно показать учащимся песочные часы, а также секундомер.
9 Учащимся, находящимся в точках Л, В и С, предлагается сделать отсчёты положения стрелки (указки) по шкале, нанесённой на классную доску (рис. 154). Показывают также, как изменяется ошибка на параллакс при удалении и приближении указки к шкале.
§ 26, 1
163
§ 26. Силы и их измерения.
Методические указания — см т. I, § 60.
Изготовление приборов — см. т. III, § 29. Рисунки по теме — см. т. IV, § 33 и рис. 134—139.
1. Понятие о силах. 1) Сила — причина измене-
ния движения. Воздействуя рукой, ние шарик или тележку. Выпуская шарик из рук, дают ему возможность свободно упасть. Показывают скатывание шарика по наклонной плоскости.
2)	Виды сил. Кроме мышечной силы и силы тяжести, следует показать: силу давления пара, электрическую силу и силу магнитного притяжения. Силу давления пара демонстрируют, на
приводят в движе-
Рис. 155. Суждение о направлении действия силы по направлению верёвки.
Рис. 156. Совпадение нити отвеса с траекторией свободного падения шарика.
гревая на пламени спиртовки небольшое количество воды в металлической (а не стеклянной!) пробирке от прибора Тиндаля (рис. 287). Под давлением пара пробка вылетает. Пробирку следует укрепить в штативе наклонно и притом так, чтобы пробка и брызги горячей воды не попали на учащихся. Электрическую силу обнаруживают с помощью половой щётки, уравновешенной на спинке стула (рис. 1), или линейки — на корешке книги. Поднося к концу щётки или линейки наэлектризованную палочку, показывают смещейие этого конца. О демонстрации силы притяжения магнитом — см. § 47 и рис. 349.
3)	Направление силы тяжести. К гвоздю, вбитому в край классной доски, привязывают бечёвку (рис. 155). Взявшись за свободный конец бечёвки и натягивая её в различных направлениях, показывают, что она принимает направление 11*
164
§ 26, 1
действующих сил. Опыт служит для объяснения, почему нить
отвеса показывает направление силы тяжести.
направлений.
Совпадение с направлением ти показывают падающего шарика. Кусочек
картона или фанеры с не-
нити отвеса силы тяжес-с помощью
Рис. 158. Отвес (I) и его применение (II).
большим круглым отверстием закрепляют горизонтально наверху лабораторного штатива. Сквозь отверстие дают упасть шарику на слой песка, насыпанного с той целью, чтобы шарик не мог скатиться в сторону. Продев сквозь отверстие нить отвеса, при помощи зеркала С показывают, что остриё располагается точно над центром шарика (рис. 156). Горизонтальное направление показывают с помощью установки, изображён
Рис. 159. I—установка горизонтальной поверхности с помощью отвеса. II— выкройка из бумаги для изготовления угольника; III—установка в горизонтальной плоскости по уровню, помещаемому в направлении 1—1 и 2—2.
$ 2в, 1
165
ной на рисунке 157, применяя кусок фанеры с положенным на него стальным шариком, чертёжный угольник, сосуд с водой и
отвес.
4)	О т в е с, имеющийся в продаже, показан на рисунке 158, I. Отвес располагают, как показано на рисунке 158, II, и, закрыв
один глаз, определяют, насколько совпадают между собой провешиваемая линия и нить отвеса. Установка в горизонтальной плоскости по отвесу по Ба-кушинскому требует применения уровня или угольника из бумаги, сделанного по способу, изображённому на рисунке 159. ' При установке дощечки пользуются тремя деревянными кли-
нышками.
5)	Ватерпас и уровень. Модель ватерпаса, которую легко изготовить своими силами из фанеры, показана на рисунке 160. Следует позаботиться о нанесении ясно заметной метки О, соответствующей положению острия отвеса при горизонтальном направлении основания АВ. Уровень демонстрируют в виде модели, у которой трубка с пузырьком воздуха сделана больших размеров и преувеличенно изогнута (рис. 161, III). Необ
///
Рис. 161. Уровни (I и II) и модель уровня (III).
ходимо также показать уровни, применяемые на практике (рис. 161, I и II).
6)	И з м е р е н и е сил. Подвешивают на штативе спиральную пружину с чашкой на конце и, производя манипуляции, описанные в § 64, 5, устанавливают закономерность, что величина удлинения прямо пропорциональна действующей силе. Для опыта можно воспользоваться также школьным динамометром, удалив у него кожух (рис. 162). Надо показать динамометры следующих типов; школьный (рис. 103); Бакушинского (рис. 104); демонстрационный (рис. 105). Описание их устройства приведено в § 15, 7. Полезно познакомить с устройством медицинского силомера, продемонстрировав, между прочим, опыт, представленный на рйсунке 130 в т. I.
166
§ 27, 1—2
Глава шестая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО СВОЙСТВАМ ТВЁРДЫХ, ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ.
§ 27. Свойства твёрдого тела.
Методические указания — см. т. I, § 63.
Изготовление приборов — см. т. III, § 30.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 34 и рис. 143—149.
1. Методические замечания. Демонстрационные опыты по теме «Твёрдое тело» немногочисленны и просты и должны обнаружить: простейшие виды изменений формы твёрдого тела — рас-
Рис. 162. Демонстрация удлинения пружины динамометра различными грузами.
тяжение, сжатие и изгиб, и свойства твёрдых тел — упругость, пластичность, хрупкость и т. д., а также давление тела на опору.
2. Растяжение, сжатие и изгиб. Растяжение показывают, растягивая руками или же при помощи подвешиваемых гирь (рис. 162) пружину, резиновую трубку или нитку. Эффектен опыт с растяжением резиновой полоски, показанный на рисунках 619—620 вт. II Ф. Э. Сжатие проще всего продемонстрировать, сжимая между губками тисков и в струбцинке мягкую резинку для стирания карандаша (рис. 163, I). Изгиб получают, изгибая руками линейку. Изгиб демонстрируют также, оперев
§ 27, 3—4
167
1
Рис. 163. Демонстрация сжатия резины (I). Упругая звёздочка из пластического материала (II).
линейку концами на две подставки и поместив на её середину достаточно тяжёлую гирю (см. т. I, рис. 128—137).
. Попутно можно показать кручение, скручивая руками тонкую школьную линейку.
3. Свойства твёрдых тел. 1) Упругость. В качестве упругих тел демонстрируют стальную полоску, пружину, резиновую трубку или нитку. Эффектен опыт с прыгающим стальным или стеклянным шариком, падающим на стальную плиту или на метлахскую плитку1).
Для опыта устанавливают плитку по уровню строго горизонтально и ставят на неё ламповое стекло или стеклянный цилиндр, нужные для того, чтобы шарик не скатывался в сторону при неправильном отражении. Шарику дают возможность упасть на плитку, выпус
кая его из руки без толчка. Не хуже стального на каменной плитке станет прыгать стеклянный шарик.
Проявление упругости следует показать у хрупких тел, слегка изгибая для этого длинную стеклянную трубку или полоску оконного стекла, и пластических тел, бросая на пол звёздочку, сделанную из мятого чёрного хлеба (рис. 163, II).
2)	Тягучесть демонстрируется растягиванием подогретого сургуча, воска или пластелина. В холодном состоянии хорошо растягивается руками медный провод толщиной в 0,3—0,5 мм, для чего один конец его следует привязать к гвоздю, вбитому в стену. Тягучесть показывают также, расковывая молотком куски свинца или меди на наковальне или перевёрнутом утюге.
3)	Хрупкость. Поочерёдно кладут на наковальню кусочки кирпича, сахара, сургуча и т. п. и заставляют их рассыпаться в порошок под ударом молотка.
4)	Пластичность. Вылепляют из пластелина, размягчённого воска, сырой глины и т. п. какую-нибудь фигуру.
4. Давление твёрдого тела. 1) Опыт со столиком. В дощечку по углам вбивают четыре гвоздя так, чтобы получилось нечто подобное игрушечному столику. Столик ставят ножками на поверхность песка, насыпанного в стеклянную банку (рис. 164). На крышку столика ставят достаточно тяжёлую гирю и показывают, что ножки уходят в песок. Затем перевёртывают
Метлахскими плитками покрывают пол в ванных комнатах.
1F8
§ 1
столик ножками кверху и показывают, что крышка не погружается в песок.
2) О п ы т с мылом. Кусок хозяйственного мыла концами опирают на подставки и перекидывают через него петлю из тесёмки. Подвешивают к петле гирю и обнаруживают, что тесьма
Рис. 164. Опыты с давлением твёрдого тела.
не режет мыла. Повторяют опыт, заменив тесьму тонкой проволокой или суровой ниткой, и демонстрируют разрезание мыла на две части весом того же груза.
§ 28. Свойства жидкости.
Методические указания — см. т. I, § 64.
Изготовление приборов — см. т. III. § 31.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 41—42 и рис. 169 — 178.
1. Методические замечания. Количество опытов, которые могут быть показаны по данной теме, весьма значительно. На первый взгляд они отличаются кажущейся простотой по технике своего проведения, почему преподаватель иногда не уделяет достаточного времени на их подготовку. В результате часть опытов совсем не выходит; остальные много теряют в своей выразительности и, в частности, оказываются недостаточно хорошо видимыми для учащихся.
Наиболее трудными для успешного выполнения являются демонстрации давления внутри жидкости, давления снизу вверх. Первая демонстрация требует подбора надлежащего натяжения плёнки, испытывающей давление жидкости, и достаточно чувствительного манометра (рис. 269). Вторая демонстрация с донышком цилиндрического сосуда, поддерживаемым давлением жидкости, нуждается в довольно многочисленных упражнениях, пока преподаватель не овладеет соответствующей техникой (рис. 177).
§ 28, 2—3
169
Помимо обращения самого серьёзного внимания на продуманную и тщательную подготовку опытов следует, в целях обеспечения наилучшей видимости, прибегать к подкрашиванию воды (§ 11, 4) и к применению экранов фона, в том числе и просвечивающего (§ 12, 7). Эффективность опытов в этом случае сильно возрастёт по сравнению с обычными способами демонстрирования
их.
2. Обзор опытов по теме «Свободная поверхность у жидкостей. Форма жидкостей». 1) Объём. Тот факт, что жидкость занимает определённый объём, хорошо известен учащимся, но всё же полезно
провести демонстрацию, изображённую на рисунке 33, стр. 35 Ст. уч., часть 1.
2) Форма. Для подтверждения, что жидкость принимает форму сосуда, переливают подкрашенную воду в мензурку, колбу, стакан и т. п.
3) Горизонтальность свободной поверхности жидкости показывают, прикладывая чертёжный угольник одним из его катетов к поверхности жидкости, налитой в стеклянный широкий сосуд (кристаллизатор, аквариум); вдоль другого катета направляют нить отвеса, под
Рис. 165. Демонстрация горизонтальности свободной поверхности жидкости.
вешенного к лапке штатива (рис. 165). Полезно, как это указано в Ст. уч., часть 1, рис. 35 и 36, наклонить сосуд. В методическом отношении весь-
ма интересна демонстрация, при-
ведённая у Сахарова, стр. И и 12, рис. 5, 6 и 7.
В заключение, взяв стакан и наклоняя его над кюветкой,
следует показать, что выливание жидкости из сосуда является следствием стремления её сохранить горизонтальность своей свободной поверхности.
3. Обзор опытов по теме «Сообщающиеся сосуды». 1) С о с у-д ы. В продаже имеются сообщающиеся сосуды самой разнообразной формы. Одинаковость уровня жидкости в них показывают на фоне просвечивающего экрана (см. § 12, 7), наполнив их подкрашенной водой (рис. 166, I).
В методическом отношении оказываются более полезными сообщающиеся сосуды, сделанные самим преподавателем, из воронки и стекла от лампы или из двух ламповых стёкол и т. п. (Ст. уч., рис. 38—41), соединённых между собой резиновой трубкой, которая снабжена зажимом Мора (рис. 167) (см. т. 1, рис. 17). Меняя на фоне экрана уровень подкрашенной воды в одном сосуде подъёмом его или подливанием воды, получают изменение уровня
170
§ 28, 4
в другом. В частности, демонстрируют действие фонтана. Показывая чайник, кофейник и детскую лейку в качестве сообщающихся сосудов, демонстрируют, по какой причине происходит выливание жидкости через носик.
4. Обзор опытов по теме «Давление жидкости». 1) Сравнение давлений твёрдого те ла. Интересная демонстрация ста
Рис. 166, I. Сообщающиеся сосуды различной формы.
Рис. 166, II. Модель дна сосуда (кв. см) и столбика (куб. см.) жидкости.
тического порядка приведена у Цингера (стр. 105, рис. 127) для сравнения давления твёрдого тела (брусок в стакане), сыпучего (дробь) и жидкости. Галанин в книге «Демонстрации и лабораторные работы по физике в неполной средней
Рис. 167. Зажимы М о р а (II) и Гофмана (I).
§ 28, 4
171
школе» (1936) в опыте 12 на стр. 18, применяя бумажную коробочку и вставляя в неё сначала брусок, затем насыпая песок, придаёт динамичность этой демонстрации. Проф. Хвольсон высказался против демонстрации с бруском, поставленным внутрь стакана, применяемой в качестве иллюстрации давления лишь на одно дно, а не на стенки; действительно, этот опыт в методическом отношении является спорным.
Рис. 168, I. Прибор для обнаружения давления на дно.
2)	Давление на дно показывается с общеизвестным прибором (рис. 168). Обнаружение силы давления производится или посредством прогибания тонкой резиновой плёнки А, воздействующей через диск С и стержень D на рычаг В со стрелкой (рис. 168, II), или отпадением дна Е, уравновешенного с помощью рычага F, нагружаемого на свободном конце чашкой с соответствующим грузом. Более простой является демонстрация стеклянной трубки лампового стекла или перевёрнутой воронки, у которых дном служит очень тонкая резиновая плёнка. Однако прогиб, вызываемый давлением воды, весьма невелик и поэтому плохо заметен.
3)	Давление на стенки чаще всего демонстрируется при помощи сосуда с тремя отверстиями (рис. 169). Судя по интенсивности или дальности полёта струй, можно заключить об увеличении давления с возрастанием глубины. Опыт лучше выходит, если расположить сосуд на какой-нибудь подставке.
172
§ 28, 5
4)	. Давление внутри жидкости—см. разделы 8 и 9.
5.	Манометры водяные и ртутные. В продаже имеются лишь укороченные, закрытые ртутные манометры, находящие себе применение при работах с воздушным насосом (рис. 170). Между тем совершенно необходимо располагать по меньшей мере
Рис. 168, II. Два способа обнаружения давления на дно (прогиб плёнки и отпадение дна).
двумя открытыми манометрами: водяным и ртутным (рис. 171). Изготовление их своими силами затруднений не представляет и описано в т. Ill, § 31.
При хранении открытые концы трубок у манометров во избежание засорения пылью, а
Рис. 170. Манометр — ртутный закрытый.
также испарения жидкостей следует держать заткнутыми кусочками ваты. Желательно также построить спиртовой манометр высотой в 30—40 см.
Действие манометра легко разъяснить посредством опыта (Ст. уч., рис. 61, стр. 47) с воронкой, у которой узкий конец соединён с водяным манометром, а широкий затянут тонкой резиновой плёнкой. Демонстрируя ртутный манометр, воздух нагнетают или, наоборот, разрежают воздушным насосом (Шинца или Комовского, § 31) или же просто ртом в
Рис. 169. Сосуд с тремя отверстиями, сосуде, соединённом с мано-
метром.
Особого внимания заслуживают манометры с просвечивающей шкалой. Для этого вертикальную стойку панели снабжают прямоугольными прорезами (окнами), заклеенными писчей бу
§ 28, 6—7
173
магой с нанесёнными на неё делениями. При помещении сзади манометра электрической лампочки его шкала просвечивает и делает особо заметной разницу уровней. Подобный манометр имеется в продаже (рис. 174 и 211).
6.	Опыт I. Передача давления жидкостью и газом.
Приборы и материалы: 1) Шар Паскаля (рис. 172). 2) Кюветка. 3) Дымарь (рис. 60). 4) Папиросы. 5) Спички.
Опыт служит для демонстрации того, что давление, оказываемое на поверхность жидкости или газа, передаётся ими во все стороны и притом в равной мере.
В продаже имеются стеклянные шары Паскаля со стеклянными цилиндром и поршнем, обмотанным ниткой (рис. 172, 1). Как редкость, встречаются металлические сосуды с кожаным поршнем. Лучше всего, когда на шаре имеется всего лишь один пояс отверстий; тогда жидкость разбрызгивается в одной плоскости, а не во все стороны, что оказывается крайне неудобным для экспериментатора.
1)	Зарядить дымарь папиросой (§ 12, 10) и, вынув поршень, наполнить шар дымом. Вставить поршень на своё место и, надавливая на него рукой, показать, что дым выходит из отверстий
Рис. 171. Манометр — открытый водяной или ртутный.
струями, перпендикулярными к поверх-
ности и имеющими одинаковую интенсивность. Выяснить, на каком фоне (чёрная классная доска или белый экран проекционного фонаря) обеспечивается наилучшая видимость опыта.
2)	Наполнить шар Паскаля водой и, расположив его над большой кюветой, произвести опыт. Сравнить видимость на чёрном и белом фонах.
7.	Опыт II. Давление на жидкость.
Приборы и материалы: 1) Резиновая надувная подушка или круг для больного (рис. 173). 2) Стеклянная толстостенная трубка. 3) Подкрашенная вода. 4) Чертёжная доска или деревянный щит площадью в Va—Vi м'2- 5) Метровая линейка.
174
£ 28, 8
Опыт служит для демонстрации распределения силы давления груза на площадь и парадоксального уравновешивания веса человека небольшим столбиком воды.
1)	К резиновым надувным подушке или кругу для больного присоединить через сосок (удалив из него клапан) стеклянную трубку длиной около 1 м (рис. 173, I).
Рис. 173. Уравновешивание человека столбом жидкости (II) (старинный рисунок) и медицинский резиновый круг со стеклянной трубкой для такого же опыта (I).
Рис. 172. Шар Паскаля, стеклянный (I), и устройство поршня (II).
2)	Заполнить подушку подкрашенной водой и, положив её на пол, накрыть чертёжной доской или ровным щитом из досок. Стеклянную трубку при этом расположить вертикально.
3)	Поставить на щиток человека и измерить метровой линейкой высоту уравновешивающего столбика воды, повторяя известный исторический опыт (рис. 173, II).
8.	Опыт III. Давление внутри жидкости.
Приборы и материалы:!) Две малые химические воронки. 2) Резиновая плёнка. 3) Кусок железной проволоки. 4) Резиновая трубка, толстостенная. 5) Водяные манометры (рис. 269 и 171).
Опыт служит для доказательства существования давления жидкости на площадку, как бы она ни была расположена внутри жидкости, и увеличения давления по мере глубины погружения.
1)	Химические воронки затянуть тонкой резиновой плёнкой (детская соска, напальчик), натянув её у одной воронки сравнительно слабо, у другой — сильнее. К горлышку воронок прикре-
§ 28, 9
175
пить куски железного или медного провода, как показано на рисунке 175. Провод должен быть взят достаточно жёстким, чтобы посред-
ством соответствующего изгиба его можно было, погружая воронку в жидкость, располагать плёнку различным образом. Воронку присоединить толстостеннойх) резиновой трубкой к манометру (рис. 174). Уравнять уровни в манометре.
2)	Опускать воронку в высокий сосуд с водой и замечать показания манометра на различной глубине. Заменить воронку другой и решить, с какой из них опыт выходит лучше.
Рис. 175. Расположение воронки внутри жидкости для обнаружения равенства давлений на одном горизонте.
Рис. 174. Манометр (с просвечивающей шкалой) с воронкой, затянутой резиновой плёнкой для обнаружения давления внутри жидкости.
3)	Повторить те же наблюдения, заменив манометр другим с наклонной трубкой (рис. 269).
4)	Сгибая соответствующим образом проволоку, ориентировать воронку в одной горизонтальной плоскости различным образом (рис. 175), чтобы обнаружить неизменность давления.
5)	Воспользоваться капсюлем (рис. 176) и наклонным манометром и повторить опыт. Сравнить чувствительность капсюля и воронки (рис. 175 и 176).
6)	Сравнить видимость опыта с просвечивающим экраном и без него.
9.	Опыт IV. Давление снизу вверх.
Приборы и материалы:!) Стеклянный цилиндр с отнимающимся донышком. 2) Ламповое стекло. 3) Кружок из картона. 4) Нитка. 5) Сосуд с водой. 6) Пипетка. 7) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий (рис. 56 и 57).
Опыт более наглядно, чем предыдущий, обнаруживает явление давления внутри жидкости, направленного снизу вверх, и позволяет в некоторой мере судить о величине этого давления.
х) Тонкостенная трубка легко образует перегибы.
176
§ 28, 9
Рис. 176. Капсюль А для обнаружения давления внутри жидкости. Крючок В служит для укрепления капсюля к верхнему краю сосуда.
1) Плотно приложить стеклянный кружок А к притёртому краю основания цилиндра и, удерживая кружок ниткой, погрузить в сосуд с водой, как указано на рисунке 177. Отпустить нитку, донышко отва-повторять опыт пор, пока до
Если лится, до тех нышко не будет держаться. ” выяснить, условиях донышко лучше удерживается, когда оно прикладывалось сухим или смоченным.
2) Погрузив цилиндр достаточно глубоко, осторожно пипеткой наливать внутрь цилиндра воду. Выяснить, при какой высоте налитой
Рис. 177. Опыт для обнаружения давления снизу вверх: I — опыт с приставным донышком; II — «клапан Бойля» (старинный рисунок).
Путём проб при каких
воды отпадает донышко.
3) Повторить опыт, взяв ламповое стекло и кружок из картона,
£ 28, 10; § 29, 1—2
177
прикрепив к нему (сургучом) нитку. Сравнить результаты обоих опытов.
4) Выяснить видимость опыта при применении различных экранов фона — белого, чёрного и просвечивающего.
10.	Вопросы к отчёту Студента:
1)	Определить целевые установки всех проделанных опытов и сделать зарисовки.
2)	Каким образом надо поступить, если отверстия сделаны на всей поверхности шара Паскаля?
3)	Нужно ли подкрашивать жидкость для опыта Паскаля?
4)	Можно ли считать демонстрацию (рис. 172) для объяснения закона Паскаля вполне удовлетворительной в методическом отношении?
5)	Какую стеклянную трубку нужно взять для опыта с подушкой (рис. 173) — с большим диаметром или с малым?
6)	Скажется ли на результатах опыта, если в подушке остался воздух?
7)	Какой из манометров является наиболее чувствительным — ртутный, водяной или спиртовой, а также с вертикальной или наклонной трубкой?
8)	Можно ли заменить стеклянную трубку А в опыте с подушкой (рис. 173) манометром — ртутным или водяным (рис. 171)?
9)	Может ли оказать влияние на результаты опыта (рис. 176) величина диаметра трубки манометра и длина резиновой соединительной трубки?
10)	Не выгоднее ли для увеличения показаний манометра в опыте (рис. 175) брать большую площадь резиновой плёнки, заменяя поэтому химическую воронку капсюлем от телефонной трубки или коробочкой из-под гуталина.
И)	Какой из опытов — описанный выше в разделе 7 или указанный в Ст. уч. часть 1, стр. 48, рис. 62 и 63: а) проще по технике своего осуществления? б) даёт лучшие результаты? в) более ценен в методическом отношении?
12)	Для получения лучшей водонепроницаемости между отпадающим донышком и цилиндром их можно смазать вазелином. Почему это не рекомендуется делать?
§ 29.	Закон Архимеда для жидкостей и газов.
Методические указания — см. т. I, §§ 42, 4, 65 и 67. Изготовление приборов — см. т. III, §§ 31 и 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 46 и рис. 194—201.
1.	Методические указания. Количество демонстраций на закон Архимеда и его следствия, в том числе по вопросу плавания тел, весьма велико и разнообразно. На уроках приходится ограничиваться сравнительно небольшим числом опытов, но многие демонстрации могут служить благодарным и интересным материалом для внеклассных занятий кружкового характера.
Дальше приведены лишь важнейшие опыты; демонстрация же самого закона Архимеда рассмотрена в трёх различных вариантах, в основном с целью суждения по вопросу о взаимоотношении между собой методики и техники эксперимента.
2.	Обзор опытов по теме: «Закон Архимеда». 1) Выталкивающая сила. Для обнаружения действия выталкивающей силы полезен прибор, указанный в Ст. уч., часть 1, рис. 70 12 Е. Н. Горячкин
178
§ 29,2
и 71 на стр. 54. В качестве поплавка может быть взята деревянная палочка, обмотанная внизу проволокойх) или нагружённая на конце иным грузом, например, привязанной гирькой, картофелиной и т. п. Возможно также воспользоваться ареометром.
Опыт сводится к обнаружению, что поплавок, погружаемый посредством пальца глубже нормального для него положения, после прекращения действия внешней силы выпрыгивает кверху. Опыт служит введением к последующим демонстрациям закона Архимеда, на которых устанавливаются количественные взаимоотношения.
2) Закон Архимеда. В качестве вводных опытов рекомендуются описанные в разделе 5, позволяющие сравнить величину выталкивающих сил, действующих: а) натела различного объёма в одной жидкости и б) на одно и то же тело в разнородных жидкостях. После этого приводится демонстрация с целью выяснения величины выталкивающей силы.
Показ закона Архимеда требует демонстрационных весов или динамометра и специального прибора, называемого ведёрком Архимеда.
Ведёрко Архимеда состоит из полого металлического сосуда D и цилиндрического тела Е, объём которого равен вместимости сосуда (рис. 181 и 183). Сосуд со стороны своего открытого конца снабжён «рукояткой», снизу — крючком. Крючок имеется также у цилиндра Е и служит для подвешивания его к ведёрку. Выпускавшиеся ранее в продаже демонстрационные весы снабжались, кроме двух обычных, ещё третьей чашкой на укороченном подвесе (рис. 98). Эта чашка с крючком предназначалась для подвешивания ведёрка. Таких весов в настоящее время в продаже нет, и поэтому демонстрацию проводят на обыкновенных технических весах (рис. 99). Весы Беранже также оказываются пригодными и для демонстрации, но в этом случае для подвешивания ведёрка приходится изготавливать специальный штатив (крючок) (см. Ц и н г е р, рис. 153). Иной характер в методическом отношении имеет демонстрация посредством весов Беранже, описанная в разделе 7.
Наиболее простым по технике своего осуществления и более ценным в методическом отношении является показ закона Архимеда при помощи динамометра или специального прибора И ПО (см. раздел 8).
Наиболее простой опыт приводит Сахаров (стр. 55, рис. 77). Там же (рис. 78, стр. 56, задача ИЗ) описывается интересное и важное в принципиальном отношении явление, когда кусок парафина не всплывает в воде при известных условиях (отсутствие давления снизу вверх).
А) Наиболее пригоден в этом случае освинцованный телефонный кабель.
§ 29, 3
179
// о
I г
Рис. 179. Ареометры для D>1 и Ъ<1.
3.	Обзор опытов по теме: «Плавание тел в жидкостях». 1) Водолаз Декарта. Опыт служит для объяснения погружения и всплывания подводной лодки. Описание наиболее простого прибора — см. раздел 9.
2) Плавание тел. Различную глубину погружения при плавании тел показывают, пуская на воду пробку и брусочки дерева из двух пород различного удельного веса, например, ели и дуба (Ц и н ге р, рис. 163). Взвешивая брусочки и вычисляя вес воды в объёме погружённой части,что легко сделать для прямоугольной формы, можно установить равенство весов брусков и вытесненной ими жидкости. То же можно воспроизвести, взвесив пробирку с насыпанной внутрь её дробью и замечая по делениям мензурки, какой объём воды вытесняется при плавании (рис. 178). Подобный опыт иногда проводят в виде лабораторной работы для учащихся (Б а к у ш и н с к и й, Организация лабораторных работ, стр. 37, работа 2).
Очень важно провести демонстрацию плавания в воде льда, обратив внимание учащихся на величину погружённой части.
Потопление или плавание тела в различных жидкостях можно продемонстрировать, опуская железный гвоздик в ртуть и в воду. Более интересно воспроизвести опыт, описанный в разделе 10 с картофелиной или куриным яйцом, опущенным в воду и в раствор
Рис. 178. поваренной соли.
Опыт с пла- 3) Ареометры. Примене-вающейпро- ние ареометров для измерения р * удельных весов жидкости не является предметом изучения в семи летней школе, но обычно демонстрируется принцип их действия.
Преподаватель же должен, уметь производить измерения ареометрами, что ему окажется полезным, в частности, при приготовлении различных растворов. Ареометры, имеющиеся в продаже, бывают двух типов: для удельных весов, меньших единицы, обычно от 0,65 до 1 и для удельных весов, больших единицы, от 1 до 2 (рис. 179). Однако, кроме указанных, применяются арео-
12*
180
$ 29, 4—5
метры специального назначения: лактометры, спиртометры и пр. со шкалами, проградуированными в меньших пределах или в условных
(градусах Боме).
Интересен опыт для сравнения погружения ареометра в спирт или горячую воду, в воду со льдом и в раствор соли (рис. 180).
Об устройстве ареометров —
см. Ф. Э., т. II, § 12, И.
4. Обзор опытов по теме: «Закон Архимеда для газов». ^Закон Архимеда. Демонстрация закона Архимеда для газов трудностей не представляет,. но требует применения сравнительно чувствительных, например, технических, весов (см. раздел 11). Кроме того, надо иметь в своём распоряжении источник углекислого газа (прибор Киппа; сухой лёд: баллон с углекислотой). Углекислый газ добывают, действуя на мрамор соляной кислотой или на соду раствором какой-нибудь кислоты (уксусной, виннокаменной, серной и т. п.).
2) Плавание в воздухе демонстрируют, пуская мыльные пузыри, наполненные водородом (см. раздел 12). Для цели возможно приобрести детскую игрушку —летаю-
делениях
Рассол
Спиот
Рис. 180. щей силы
вода
Зависимость выталкиваю-от удельного веса жидкости.
этой же
щий воздушный шар. В т. III, § 32 приведены указания для изготовления модели монгольфьера. В продаже имеются резиновые шары-пилоты (диаметром около 1 м), но наполнять их надо • водородом; при надувании светильным газом они не взлетают.
5. Опыт I. Выталкивающая сила.
Приборы и материалы: 1) Два рычага (рис. 476). 2) Три картофелины. 3) Гиря в 100 г. 4) Три стакана — два с водой и один со спиртом. 5) Нитки. 6) Нож.
Опыты имеют целью—обнаружить и сравнить выталкивающие силы, действующие на тела, погружённые в жидкость. Рассматриваются два случая для тел равной массы: 1) различного объёма, погружаемых в воду, и 2) одинакового объёма, но помещаемых в различные жидкости.
£ 29t 6
181
1)	На рычаге, например, от лабораторного прибора Вакушин-ского (рис. 476), илина коромысле от аптекарских весов, сняв чашки (рис. 95), подвесить: в одном опыте — гирю в 100 г и картофелину и в другом —две одинаковые картофелины. Подрезая картофелины, добиться равновесия на каждом из рычагов.
2)	Опустить одну картофелину в стакан с водой и обнаружить нарушение равновесия.
3)	Опустить картофелину и гирьку в отдельные стаканы с водой и показать, что равновесие нарушается, т. е. продемонстрировать зависимость величины выталкивающей силы от объёма тела (см. т. 1, рис. 10).
4)	Опустить картофелины—одну в стакан с водой и другую в стакан с денатурированным спиртом или керосином и обнаружить, что вода действует с большей выталкивающей силой, чем спирт или керосин.	।
5)	Выяснить, какова видимость эксперимента. Принять надлежащие меры к её обеспечению.
6. Опыт II. Демонстрация закона Архимеда на технических весах.
Приборы и материалы:!) Технические весы. 2) Скамеечка. 3) Ведёрко Архимеда (рис. 181). 4) Сосуд с водой. 5) Пипетка. 6) Тара. 7) Экраны фона — чёрный и белый.
При подготовке опыта необходимо сделать скамеечку или столик из двух деревянных брусочков и кусочка фанеры (рис. 181). Указать наперёд размеры этой скамеечки нельзя, так как они зависят от размеров весов. Скамеечку делают такой высоты и ширины, чтобы она не оказывала препятствий небольшим колебаниям чашки весов около положения равновесия.
1)	Установить весы для точного взвешивания. Подвесить к левой чашке весов ведёрко Архимеда и к нему на нитке цилиндрическое тело так, как показано на рисунке 181, I. Расстояние между ведёрком и телом подобрать таким, чтобы при колебаниях весов во время опыта тело не выходило из воды, а ведёрко не погружалось в воду. Подвесив ведёрко с телом, уравновесить их какой-либо тарой.
2)	Поставить на скамеечку стеклянный сосуд с водой и убедиться, что равновесие нарушилось благодаря действию на погружённое в воду тело выталкивающей силы (рис. 181, II).
3)	Заполнять ведёрко водой при помощи пипетки^до тех пор, пока равновесие не восстановится (рис. 181, III). При этом окажется, что ведёрко надо налить точно до верхнего края, т. е. взять воду
х) Наливание воды следует производить при помощи пипетки, так как это позволит последнюю порцию воды вводить каплями, чтобы «не переполнить» ведёрка и не вызвать перевешивания им тары. Это может случиться, когда вода, влитая в излишнем количестве, установится поверх края ведёрка в виде выпуклого мениска.
182
g 29, 7
Рис. 181. Демонстрация закона Архимеда на технических весах.
в объёме погружённого тела.
4) Проводя демонстрацию, обратить особое внимание на обеспечение видимости, для чего необходимо на стрелку и шкалу весов сделать насадки из бумаги (§ 11, 3 и рис. 42) и подобрать экран для создания фона.
7.	Опыт III. Демонстрация закона Архимеда на весах Беранже.
Приборы и материалы: 1) Весы Беранже. 2) Отливной стакан. 3) Самодельный штатив для подвешивания тела. 4) Тело (указания — ниже). 5) Два стакана или мензурки. 6) Гиря. 7) Подставка. 8) Тара.
Демонстрация закона Архимеда при помощи весов Беранже в техническом отношении является более сложной, чем описанная в предыдущем опыте, но не требует ведёрка Архимеда.
Для опыта необходим стакан с носиком, носящий название отливного (§ 62, 1 и рис. 470). Заранее следует изготовить из квадратной дощечки и куска жёсткой проволоки штатив В с крючком для подвешивайия к нему тела (рис. 182). Тело А лучше всего взять возможно большего объёма, насколько это позволяют размеры отливного стакана, и притом сравнительно малого удельного веса, приближающегося к удельному весу воды. Наиболее подходящими телами оказываются: картофелина, фарфоровый изолятор или два-три крупных ролика, связанных вместе.
1)	Собрать установку, согласно рисунку 182, подвесив тело на нитке такой длины, чтобы оно при колебаниях весов не выходи
5 29, 7
183
ло из воды, заполняющей отливной стакан С, когда оно будет погружено в воду. При этом оно не должно также касаться ни стенок, ни дна сосуда. Так как тело взято сравнительно большего объёма, а следовательно, значительного веса, то во избежание перекувыркивания штатива на его основание придётся поставить какую-либо гирю D,
На левую чашку весов поместить стакан Е, куда потом будет налита вода, вытесненная телом, погружённым в отливной стакан.
Рис. 182. Демонстрация закона Архимеда на весах Беранже (теневая проекция).
2)	Отливной стакан С заполнить водой до предела, т. е. чтобы наливаемая в него вода стала выливаться наружу через носик. Стакан отставить в сторону.
3)	Не погружая тела А в отливной стакан, уравновесить на левой чашке штатив В с телом А и пустой стакан Е гирями или тарой, кладя их на правую чашку весов.
4)	Придвинув к весам отливной стакан С, осторожно погрузить в него подвешенное тело, собрав при этом всю (до капли) выливающуюся из носика воду в стакан F. Убедиться, что весы вышли из равновесия и что при этом тело не касается ни стенок, ни дна отливного стакана.
5)	Воду, вылившуюся из отливного стакана, перелить в стакан £*, стоящий на левой чашке, что должно восстановить равновесие.
Если же этого не случится, то, следовательно, опыт был выполнен недостаточно тщательно (отливной стакан был наполнен не до предела, собрана не вся вода, вытесненная телом, и т. п.).
184
$ 29, 8—9
соответствующие
Рис. 183. Прибор И. П. О. для демонстрации закона Архимеда.
Опыт в этом случае надо повторить, чтобы добиться нужных результатов.
6)	Выяснить видимость опыта и для её обеспечения принять >ры (экраны фона, подкрашенная вода, насадки на указатели весов и т. п., о чём—см. § 11, 3 и 4).
8.	Опыт IV. Демонстрация закона Архимеда при помощи динамометра.
Приборы и материалы: 1) Прибор И. П. О. (рцс. 183). 2) Сосуд с водой. 3) Штатив. 4) Пипетка.
Прибор И.П.О. для демонстрации закона .Архимеда состоит из пружины А, укреплённой на железной раме и служащей динахмо-метром (рис. 183). О степени растяжения пружины судят по дисковому указателю В, перемещающемуся вдоль шкалы. Для отметки того или иного положения указателя динамометра, кроме делений на шкале, имеется металлическая стрелка С, которую можно установить в любом месте. Кроме динамометра, в состав прибора входит ведёрко D и цилиндрическое тело Е, по своему объёму равное вместимости ведёрка.
1)	Динамометр с подвешенными к нему ведёрком и телом прикрепить к лапке шта
тива. Для упрощения техники опыта тело следует подвесить к ведёрку с помощью проволоки или нитки длиной около 10 см. Заметить подвижной стрелкой положение указателя динамометра.
2)	Погрузить тело в сосуд с водой и обнаружить, что показания динамометра уменьшились под действием силы, выталкивающей тело из воды.
3)	При помощи пипетки заполнить ведёрко до верхнего края и показать, что динамометр даёт прежнее показание, отмеченное стрелкой.
9.	Опыт V. Поплавок Декарта (картезианский водолаз).
Приборы и материалы: 1) Цилиндрический сосуд. 2) Пробирка малого размера. 3) Пипетка. 4) Просвечивающий экран. 5) Стакан с водой. 6) Кювета.
1)	В пробирку А малого размера (длиной в 40—60 мм и диаметром в 8—10 мм) с выпуклым донышком налить, примерно, на Vs воды и, заткнув отверстие пальцем, перевернуть её (рис. 184, I). В таком виде опустить её в стакан с водой и отнять палец. Заметить, какая часть пробирки при плавании выступает над поверхностью жидкости. Вынув пробирку и долив в неё воды, добиться
§ 29, 10
185
такого плавания пробирки, чтобы над поверхностью выступала самая малая часть её донышка (рис. 184, II).
2)	Пустить перевёрнутую пробирку А в стеклянный высокий цилиндрический сосуд с водой, например, цилиндр для собирания газов, употребляемый химиками (рис. 184, III). Воды в сосуд налить возможно больше и накрыть его ладонью руки. Про-
Рис. 184. Поплавок Декарта из плавающей пробирки.
гибая ладонь внутрь, добиться, чтобы пробирка опускалась вниз. Выгибая ладонь в противоположном направлении, получить всплывание пробирки вверх.
3)	Повторить опыт на фоне просвечивающего экрана и сравнить видимость при экране и без него.
4)	Затянуть отверстие цилиндра тонкой резиновой плёнкой и повторить опыт (рис. 184, IV).
10.	Опыт VI. Плавание внутри жидкости.
Приборы и материалы: 1) Два высоких цилиндрических сосуда. 2) Ареометры для D < 1 и D > 1. 3) Крепкий раствор поваренной соли. 4) Картофелина или куриное яйцо. 5) Химическая воронка с длинной трубкой. 6) Два стакана. 7) Денатурированный спирт.
Опыт имеет целью показать, что при известных условиях тело может оказаться плавающим внутри жидкости. Попутно приводятся измерения удельных весов с помощью ареометров.
186
$ 29t 11
1) Один из высоких цилиндрических сосудов, употребляемых химиками для собирания газов, заполнить денатурированным спиртом, другой —крепким раствором соли. Взяв нужные арео-
Рис. 185. Плавание картофелины внутри жидкости (на границе воды и раствора соли).
метры, измерить удельные веса спирта и раствора.
Поменяв местами ареометры, наблюдать, как они будут вести себя в жидкостях.
2) Опустить картофелину (или куриное цйцо) сначала в стакан с водой, затем — с раствором и обнаружить, что в первом случае картофелина тонет и во втором —плавает.
3) Налить в цилиндрический сосуд до половины воды. Взять химическую воронку с длинной трубкой. Опустить конец этой 1 рубки до
Рис. 186. Аппарат Киппа для получения углекислого газа.
дна сосуда и наливать через воронку крепкий раствор соли (см. указания в § 32. 5 и рис. 228, I) до тех пор, пока уровень
воды, поднявшись кверху, не будет отстоять от края сосуда, примерно, на 4—5 см.
4) Опустить в воду осторожно картофелину и наблюдать, как
последняя, опустившись, примерно, до середины сосуда, останется там плавать (рис. 185).
5) Сравнить видимость опыта на фоне экранов —белого, чёр-ного и просвечивающего.
11.	Опыт VII. Закон Архимеда для газов.
Приборы и материалы: 1) Технические весы (рис. 99). 2) Тара. 3) Скамеечка к весам. 4) Стеклянный сосуд, прямоугольный или круглый. 5) Электрическая лампочка в 200—300 W. 6) Аппарат Киппа (рис. 186). 7) Соляная кислота. 8) Куски мрамора. 9) Лучинка. 10) Спички. 11) Экраны для фона — белый и чёрный.
Опыт служит для демонстрации, что тело испытывает большее выталкивающее действие в углекислом газе, чем в воздухе.
5 29, 12
187
1)	Установить весы, приготовив их для взвешивания.
2)	Поставить скамеечку так, чтобы чашка весов не касалась её при своих колебаниях (рис. 187). К чашке подвесить указанным на рисунке 187 образом твёрдое тело возможно более крупного объёма, насколько это позволяют размеры стеклянной банки, поставленной на скамеечку. Тело взять сравнительно небольшого
Рис. 187. Установка для демонстрации закона Архимеда в газах.
веса, например, электрическую лампочку мощностью в 200—300 W или колбу. Подвешенное тело уравновесить тарой, следя при этом, чтобы тело при колебаниях весов не задевало за стенки сосуда.
3)	Зарядить аппарат Киппа для получения углекислого газа.
4)	Опустить в сосуд трубку от аппарата Киппа и наполнить сосуд углекислым газом. Наблюдать нарушение равновесия.
5)	Опуская в сосуд горящий конец лучинки, показать, что сосуд заполнен углекислым газом.
6)	Вылить из сосуда углекислый газ и показать возвращение весов к равновесию.
7)	Обеспечить видимость опыта, сделав бумажные насадки на стрелку и шкалу весов (§ 11, 3), и подобрать фон —белый или чёрный, какой из них окажется наиболее подходящим.
12.	Опыт VIII. Мыльные пузыри с водородом.
Приборы и материалы: 1) Склянка Вульфа для получения водорода. 2) Цинк. 3) Серная кислота. 4) Мыльный порошок для бритья. 5) Глицерин. 6) Фарфоровая выпаривательная чашка. 7) Аппарат Киппа для получения углекислого газа.»
Опыт служит для демонстрации, что мыльные пузыри, наполненные водородом, всплывают в воздухе, а наполненные углекислым газом опускаются вниз (тонут).
1)	В небольшой чашке, например, фарфоровой выпариватель-ной, растворить мыльный порошок или натереть мыла. В раствор
188
§ 29, 13
добавить одну-две капли глицерина. Свернув из бумаги трубочку, научиться выдувать ртом
мыльные пузыри.
2)	Зарядить склянку Вульфа для добывания водорода и, окунув в раствор мыла конец резиновой трубки, получить мыльный пузырь. Лёгким, но резким движением стряхнуть пузырь и наблюдать его всплывание в воздухе (рис. 188).
Рис. 188. Использование склянки Вульфа для получения водорода. Наполнение мыльных пузырей.
3)	Подобным же образом наполнить мыльный пузырь углекислым газом и, стряхнув его, показать опускание его вниз на пол.
4)	Повторять опыты до получения чётких результатов.
13.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Выяснить целевые установки проделанных опытов и сделать зарисовки установок.
2)	Почему в опыте на закон Архимеда с весами Беранже (рис. 182) рекомендуется брать тело с небольшим удельным весом, в частности, использовать изделия из фарфора (фаянса), картофелину и f. п.?
3)	Какие методические особенности имеет опыт (рис. 182) по сравнению с демонстрациями, показанными на рисунках 181 и 183?
4)	Почему в ряде опытов на закон Архимеда в качестве тела рекомендовано применение картофеля?
5)	Какие меры могут быть приняты для улучшения видимости «поплавка Декарта» и, в частности, видимости изменения объёма воздуха в поплавке?
6)	Имеет ли значение, если при выполнении опыта с «поплавком Декарта» окажется под ладонью некоторое количество воздуха?
7)	Каким образом из деревянной палочки и картофелины может быть устроен простейший ареометр для суждения об удельных весах, меньших единицы?
8)	Почему для демонстрации закона Архимеда для газов нужно пользоваться техническими весами, а не весами Беранже? Показать это приблизительным подсчётом.
9)	Почему в описании этого же опыта дано указание, чтобы погружаемое в газ тело имело возможно больший объём при незначительном весе?
§ 30, 1—2
189
§ 30.	Свойства газов.
Методические указания — см. т. I, § 66. Изготовление приборов — см. т. III, § 32. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 43—44 и рис. 179—192.
1.	Методические замечания. Количество опытов по теме «Свойства газов», которые могут быть показаны в семилетней школе, весьма значительно, но большинство из них по технике своего осуществления сравнительно трудны. Следует заметить, что демонстрации с газами вызывают к себе повышенный интерес у учащихся; это налагает на преподавателя обязанность особенно тщательно отнестись к подготовке и к проведению этих опытов.
Так как ряд интереснейших демонстраций за недостатком времени не сможет найти себе места в классной работе, то их крайне желательно провести в порядке кружковых занятий. При этом многие из них являются весьма подходящими для вечеров занимательной физики. К числу демонстраций для кружковых занятий относятся: «картофельный пистолет» (рис. 5); «поднимание человека дуновением» (рис. 190); «наказанное любопытство» (рис. 193); «вода в перевёрнутом стакане» (рис 194, I); «тяжёлый газетный лист» (рис. 194.11); «примитивный барометр или альтиметр» (рис. 200).
Из числа основных опытов классного характера для воспроизведения предлагаются главным образом наиболее сложные по своей технике, именно: взвешивание воздуха (рис. 201); подъём воды вслед за поршнем (рис. 202); опыт Торичелли (рис. 203 и 204). Кроме того, производится изучение барометров и производство отсчётов по ним.
Все демонстрации на атмосферное давление, требующие воздушного насоса, отнесены к последующей работе (§ 31). Закон Архимеда для газов —см. в§ 29, 11 и 12. Опыт Торичелли своеобразен по своей технике вследствие применения в нём ртути, требующей своей предварительной подготовки для опыта и определённых правил обращения с нею.
Кроме того, ртутью бывают заполнены ртутные манометры (рис. 170) и барометры (рис. 198 и 199). Наконец, ртутью заполняют также капилляры, чтобы показать, что уровень в них будет ниже, чем в широком сообщающемся сосуде (рис. 226). Все эти опыты, за исключением «ртутного дождя», требуют ртути, очищенной не только от пыли и грязи, но и не содержащей в себе во сколько-нибудь значительном количестве растворённых металлов. Загрязнённая ртуть, а также ртуть с примесями металлов станет прилипать к стенкам стеклянных трубок и оставлять на них грязные пятна. Впрочем, прилипание чистой ртути будет наблюдаться также, если стеклянная посуда в свою очередь недостаточно очищена от пыли и грязи. Об очистке ртути —см. т. Ill, § 26.
2.	Обзор демонстраций по теме: «Свойства газов». 1) О б ъ ё м газа. То, что газ занимает определённый объём, который
190
S 30, S
не может быть занят одновременно другим телом, показывают с опрокинутым стаканом, погружённым в воду (рис. 189). Вариант подобного опыта приведён в Ст. уч. на рисунках 85—87.
Вопрос о демонстрации, что газ занимает весь предоставленный ему объём, целиком надо признать совершенно не разработанным, и описанные в различных методических пособиях опыты —по меньшей мере неудовлетворительны (например, Ст. уч., рис. 88).
2)	Сжимаемость и упругие свойства г а-з а можно показать посредством велосипедного насоса, у кото-
рого выходное отверстие плотно закрывают пальцем и сжимают
Рис. 189. Демонстрация, что газ занимает некоторый объём.
газ поршнем. Если освободить поршень от нажима, то газ, возвращаясь к своему прежнему объёму, сдвигает поршень обратно. Эта же демонстрация может быть использована по вопросу об упругих свойствах газа. Для этой же цели полезно показать действие картофельного пистолета,
состоящего из стеклянной трубки (1—2Ь—35 см', rf=12—15 мм). Вдавливанием в ломтик картофеля одного конца трубки получают «снаряд» и другого конца —«поршень», вталкиваемый палочкой внутрь трубки для стрельбы (рис. 5).
3)	Весомость газа. Для обнаружения весомости углекислого газа (вернее —его большей весомости по сравнению с воздухом) уравновешивают на технических весах сосуд вместимостью в 1—2 л. Заполняют сосуд углекислым газом (§ 29, И) и получают нарушение равновесия (см. т. I, рис. 149). Взвешивание воздуха описано ниже (§ 30, 7) и требует технических весов и колбы вместимостью в 2—Зл, обязательно круглодонной (колба с плоским дном лопнет).
4.	Передача давления газом демонстрируется при помощи прибора Паскаля, заполненного дымом (§ 28, 6) и является более удовлетворительной в методическом отношении, чем шар Паскаля с манометрами.
Очень эффектна для кружковых занятий демонстрация поднимания человека давлением воздуха, нагнетаемого лёгкими в резиновый мешок (рис. 190), причём имеется полная возможность «поднять самого себя» указанным способом. Для демонстрации
нужны: щит Л площадью около у ж2 (чертёжная доска); две (од
на недостаточна) резиновые надувные подушки В или один круг
§ 30, 3
191
для больного (§ 28, 7); тройник для соединения и резиновая труб-ка (/=1~ —2 ж). Вполне возможно склеить надувной мешок
из бумаги (пригоден даже газетный лист, взятый в два слоя) пло-щадью не менее у м2 (рис. 190). Об изготовлении —см. т. Ill, § 32.
3.	Обзор
1)	П о д ъ ё лее простым
демонстрации по теме: «Атмосферное давление», мжидкости вариантом,
вслед за поршнем. Бо-чем описанный ниже в разделе 8, но менее ценным в методическом отношении является демонстрация подъёма воды при высасывании (ртом или насосом) воздуха из трубки.
Рис. 190. Поднимание «самого себя дуновением».
2)	Водяные насосы — см. § 14, 5 и раздел 8.
3)	О п ы т Торичелли — см. раздел 9.
4)	Продавливание стекла, магдебургские полушария, фонтан в пустоте и другие опыты, требующие воздушного насоса, —см. § 31, 5, 6, 8.
5)	Цилиндр Герике, в конструкции И. П. О., показанной на рисунке 191, служит для обнаружения давления атмосферы. Состоит он из чугунного цилиндра, внутри которого помещён поршень (плошадью около 50 с^и2), тщательно приточенный. Патрубок В служит для сообщения внутреннего пространства с атмосферой. На патрубок надевается резиновая трубочка, закрываемая зажимом Гофмана (рис. 167). Поршень А вдвигают возможно глубже внутрь цилиндра и прибор подвешивают к раме (рис. 52). К крючку или рукоятке, соединённым с поршнем, привешивают гири или мешки с песком в 10 и более килограммов, ограничиваясь грузом, какой оказывается недостаточным для полного выдвижения Поршня из цилиндра. Цилиндр Герике возмож
192
§ 30, 4
но также использовать для некоторых опытов: упругие свойства
газа, модель гидравлического пресса, передача давления газа и
т. п. (см. брошюру Главучтехпрома: «Прибор для демонстра-
ции упругости газов»). Цилиндр Герике легко испортить, допустив образование ржавчины на поверхности поршня. Во избежание этого прибор хранят смазанным изнутри тавотом или
вазелином.
6)	Л и в е р. Действие ливера проще всего показать при помощи пипетки, употребляемой химиками (рис. 192).
Рис. 192. Демонстра-
ция ливера.
Рис. 191. Цилиндр Герике.
Для занимательного видоизменения опыта служит жестянка (би-
дончик) с дном, содержащим ряд отверстий, проколотых тонким
Рис. 193. «Наказанное любопытство» (при открывании пробки вода выливается через дно с мелкими отверстиями).
шилом. Погружением заполняют её водой и закрывают её горлышко пальцем или резиновой пробкой (рис. 193). Вода таким приёмом удерживается внутри жестянки. При открывании доступа воздуха внутрь, для чего отнимают палец или открывают пробку, вода струями вытекает через отверстия.
7)	Р а з н ы е. К числу интересных опытов, рекомендуемых для воспроизведения в кружках, относятся: «вода в перевёрнутом стакане», «тяжёлый газетный лист» и др. (рис. 194).
Указания о выполнении этих опытов можно найти в книгах Перельмана и Тома Тита (см. § 74).
8)	Закон Архимеда. Плава н и е — см. § 29, 12.
4.	Обзор демонстраций по теме: «Измерение давления воздуха». 1) Металлический манометр Бурдона, имеющийся в продаже, показан на рисунке 195. Его чугунное основание мо
§ 30, 5
193
жет быть отвёрнуто: тогда патрубок с краном служит для присоединения (посредством резиновой трубки) воздушного насоса (§ 31, 4) для нагнетания или разрежения воздуха внутри полой изогнутой металлической трубки EF. При на-
гнетании трубка несколько «выпрямляется», при разрежении сильнее изгибается, что отмечается стрелкой манометра.
Рис. 194. Занимательные опыты с атмосферным давлением: I — вода в перевёрнутом стакане; II—«тяжёлая газета».
I
Перед демонстрацией манометра следует показать, что короткая прямая резиновая трубочка, закрытая на своём свободном конце, при выкачивании из неё воздуха сплющивается и изгибается и, наоборот, согнутая при нагнетании выпрямляется. О тех
Рис. 195. Модель (Г) и устройство (Неметаллического манометра.
ническом металлическом манометре — см. § 31,1.
2) Манометры открытые и закрытые, ртутные и водяные — см. § 28, 5.
5.	Барометры. В школе демонстрируются: барометр -анероид (рис. 196) и ртутный (сифонный) (рис. 198). Устройство барометра-анероида описано в каждом курсе физики. Моделей этого
13 к. H. Горячкин
194
$ 30, 5
барометра, которые наглядно знакомили бы с устройством его механизма, в продаже, к сожалению, нет. В этом отношении весьма полезен барограф, у которого совершенно ясно видны несколько «коробочек» А, соединённых вместе для
О,
Рис. 196. Устройство механизма барометра-анероида.
получения значительных по величине отклонений стрелки С (пишущего пера) (рис. 197). Чтобы не вводить в заблуждение учащихся, следует уничтожить на барометре-анероиде надпись: «буря», «дождь», «переменно» и т. д., как несоответствующие истинному положению вещей. Проверка анероида производится по ртутно-
Е
Рис. 197. Барограф.
glllllillllllllllllllilllllllllllllllllm
$ 30, 5
195
му барометру. Стрелку анероида для корректирования можно заставить сместиться вперёд или назад по шкале, поворачивая для этого отвёрткой головку винта, для доступа к которому на обратной стороне анероида сделано отверстие.
Рис. 198. Сифонный барометр Рис. 199. Чашечные барометры, школьного типа.
Сифонный ртутный барометр школьного типа показан на рисунке 198. Для упрощения отсчёта на трубку надеты жестяные ползунки А с двумя указателями. Ползунок устанавливают так, чтобы его верхний край совпал с серединою мениска ртути, тогда по положению указателя можно будет произвести соответствующий отсчёт по шкале. Чтобы компенсировать ошибку при перекосе ползунка, следует брать среднее арифметическое из отсчётов, сделанных для обоих указателей по шкалам справа и слева от барометрической трубки. Подобным образом производят отсчёты положения уровня ртути как в правом закрытом колене, так и в левом открытом. Величина атмосферного давления равна разности этих отсчётов1).
Ч Подробное описание барометра — см. в брошюре Главучтехпрома «Школьный ртутный барометр».
13*
196
§ 30, 6
Преподаватель, в особенности в сельской школе, безусловно
должен уметь производить измерения и по другим типам ртутных барометров. У некоторых сифонных барометров шкала делается подвижной, тогда для отсчёта смещают её так, чтобы нуле-
вое деление оказалось установленным против уровня ртути в
открытом колене.
В чашечных барометрах, применяемых на метеорологи-
ческих станциях, колебания уровня в чашке учитываются приме-
Рис. 200. Водяной альтиметр для обнаружения уменьшения атмосферного давления при подъёме.
поиграет её произойдёт.
вила:
нением особой шкалы с уменьшенными делениями (рис. 199,1). Для уточнения отсчётов на верхней части оправы барометрической трубки сделана подвижная часть К с нониусом, приводимая в движение посредством кремальеры L (рис. 199, II). Встречаются чащечные барометры, у которых перед отсчётом уровень ртути в чашке должен быть поднят или опущен до соприкосновения с концом острия указателя D (рис. 199, ДИ). Достигается это вращением винта В, поднимающего или опускающего мягкое (кожаное) дно А у чашки.
В заключение следует упомянуть о примитивном водяном барометре, позволяющем судить об изменениях атмосферного давления. Такой барометр состоит из любой бутылки со стеклянной трубкой, пропущенной через пробку и доходящей до дна (рис. 200). Для полной изоляции пространства внутри бутылки от атмосферы пробку тщательно покрывают сверху сургучом. В бутылку налито некоторое количество воды так, что уровень её в трубке стоит выше пробки. Этот уровень станет опускаться или подниматься при изменениях давления наружного воздуха.
6. Правила хранения ртути и обращения с нею. Пары ртути сильно ядовиты, и это налагает на преподавателя обязанность строго соблюдать особые предосторожности. Однако, если учащийся подержит на своей ладони несколько капель ртути или шариками, то никакого отравления, конечно, не Опасно лишь длительное, изо дня в день,
вдыхание воздуха, в котором содержатся napbi ртути. Симптомы отравления выражаются сначала в некотором недомогании и головной боли, которые обычно приписывают иным причинам случайного характера. Во избежание отравления воздуха парами ртути следует строго соблюдать следующие пра-
§ 30, 7
197
I.	Ртуть следует хранить в толстостенных стеклянных банках, лучше всего с притёртой пробкой (флакон из-под духов). Оставлять флакон открытым при хранении ни в коем случае нельзя. Для наливания небольшого количества ртути очень удобны специальные деревянные сосуды с завинчивающейся крышкой, на которой сделан отросток с трубочкой из кости или пластмассы.
II.	Стеклянный флакон со ртутью нельзя при переноске брать за горлышко, так как оно может оторваться, и ртуть окажется разлитой.
III.	При производстве опытов со ртутью (опыт Торичелли и др.) приборы надо помещать в большую фотографическую кювету или на самодельный железный противень, окрашенный внутри масляной краской. Размеры противня могут быть взяты, примерно, следующие: ширина 40—50 см, длина 70 — 100 см и высота бортиков 4—8 см. Назначение кюветы заключается в том, чтобы случайно пролитая ртуть не попала на стол, а тем более на пол (рис. 203).
IV.	Ртуть, пролитая на стол, а тем более на пол и попавшая в щели, будет постепенно испаряться, и воздух класса будет всегда содержать в себе пары ртути. Поэтому преподаватель, не собравший разлитой ртути и не удаливший капельки её из щелей, совершает непростительный поступок.
V.	Ртуть, использованную для опыта, не следует смешивать с чистой и надо хранить в отдельной бутылке впредь до очистки. Ртуть, оставшуюся после амальгамирования (см. § 44, 5), как содержащую в себе цинк, следует слить отдельно и употреблять впоследствии только для амальгамирования.
VI.	Ни в коем случае нельзя допускать, во избежание тяжких-отравлений, нагревание, а тем более кипячение ртути, кроме как в вытяжном шкапу.
7.	Опыт I. Взвешивание воздуха.
Приборы и материалы: 1) Технические весы (рис. 99). 2) Разновес. 3) Круглодонная колба на 2—3 л. 4) Резиновая пробка со вставленной стеклянной трубкой. 5) Зажим Гофмана. 6) Насос Комовского
198
$ 30, 8
(рис. 208). 7) Сосуд с водой. 8) Мензурка. 9) Кусочек тонкой проволоки или бечёвки. 10) Экран фона.
Опыт имеет целью показать, что воздух имеет вес. Кроме того, здесь же приводится простой способ для определения удель
ного веса воздуха.
Как было уже указано, во избежание раздавливания следует применять обязательно колбу с
Рпс. 201. Взвешивание воздуха.
круглым, а не с плоским дном.
1) Подобрать к колбе резиновую, а не корковую пробку. В пробке просверлить отверстие и вставить (плотно) в него кусочек стеклянной трубки, надев на конец последней небольшую резиновую трубку (рис. 201). Винтовой зажим Гофмана надеть на резиновую трубку. Снабдить колбу петлей из проволоки для подвешивания к весам.
2) Для обеспечения видимости сделать насадку из бу-
маги на стрелку и шкалу для весов (§ 11, 3). Определить вес колбы вместе с пробкой и зажимом (рис. 201).
3)	Выкачать из колбы воздух посредством насоса Комовского (рис. 208) и плотно зажать трубку зажимом.
4)	Вновь взвесить колбу с разреженным воздухом. Вычислить вес удалённого воздуха.
5)	Опустить резиновую трубку в сосуд с водой. Медленно открыть зажим под водой и дать возможность воде заполнить доот-каза пространство внутри колбы.
6)	Измерить мензуркой объём воды, проникшей в колбу.
7)	Вычислить вес 1 см‘л воздуха при атмосферном давлении.
8)	Сравнить полученный результат с табличными данными с учётом температуры и давления и определить величину относительной ошибки в процентах.
8.	Опыт II. Водяные насосы.
Приборы и материалы: 1) Всасывающий насос (рис. 89). 2) Нагнетательный насос (рис. 90). 3) Сосуд с водой. 4) Стакан. 5) Стеклянная трубка (d—3—4 мм; Z=60—80 см). 6) Проволока (d—1 мм;'1—1 м). 7) Вата. 8) Просвечивающий экран (рис. 57). 9) Подъёмный столик (рис. 53).
В результате опыта должна оказаться изученной конструкция водяных насосов.
1)	Привязать к концу проволоки кусок смоченной в воде ваты или тряпки. Вставить проволоку внутрь стеклянной трубки.,
§ 30, 9
199
Рис. 202. Демонстрация подъёма воды за поршнем.
поместив «поршень» (из ваты) в самое низкое положение (рис. 202). Опустить трубку этим нижним концом в сосуд с водой и медленно вытягивать поршень вверх. Трубку держать вертикально. Добиться, чтобы вода поднималась вслед за поршнем, для чего придётся несколько раз делать поршень различной плотности и толщины.
2)	Проверить видимость опыта. Применить подкрашивание жидкости и просвечивающий экран.
3)	Ознакомиться с устройством водяных насосов —всасывающего и нагнетательного и привести их в действие (§ 14, 5). Предварительно смочить водой обмотку из ниток на поршнях.
4)	Сравнить улучшение видимости работы насосов при применении просвечивающего экрана (рис. 57).
9.	Опыт III. Опыт Торичелли.
Приборы и материалы:!) Стеклянная толстостенная трубка (Z=80—85 см). 2) Чугунная чашка (рис. 204). 3) Демонстрационный метр. 4) Кювета. 5) Сосуд с ртутью. 6) Химический стакан с носиком. 7) Лабораторный штатив. 8) Экраны (рис. 56).
Для опыта Торичелли нужна стеклянная толстостенная трубка длиной около 80—85 см и с внутренним отверстием в 5—6 мм. Более узкая трубка хотя и выгодна тем, что требует меньшего количества ртути, но её труднее заполнить так, чтобы внутри не осталось пузырьков воздуха. В продаже имеются
специальные чугунные чашки с углублением, сделанным согласно тому положению пальца, которое ему придают при погружении в ртуть (рис. 204. I и II). Такая форма углубления позволяет применять меньшее количество ртути, чем при круглой чашке.
Проделать опыт Торичелли (рис. 203):
1)	Поместить вертикально стеклянную трубку (совершенно чистую) закрытым концом вниз обязательно над кюветой.
Заполнить трубку А ртутью через бумажную вороночку почти до верха, т. е. так, чтобы уровень не доходил до края примерно на 10 мм (рис. 204, III). Наливать ртуть надо или из описанного выше сосуда для ртути, или из небольшого химического стаканчика с носиком. В чугунную чашку (рис. 204, I) следует также заранее налить ртути.
2)	Обратить внимание на пузырьки воздуха В, приставшие к стеклу (рис. 204, IV). Этот воздух при перевёртывании трубки проникнет в торичеллиеву пустоту, вследствие чего уровень
200
$ 30, 9
Рпс. 203. Опыт Торичелли.
ртути в трубке установится ниже, чем то следовало бы при данном атмосферном давлении.
Для удаления пузырьков плотно закрыть отверстие трубки пальцем и наклонять её сначала до горизонтального положения, а затем так, чтобы закрытый конец оказался немного приподнятым. Тогда столбик воздуха «поедет» вверх, присоединяя к себе на пути пузырьки воздуха. После этого трубку повернуть попрежнему и, если все пузырьки оказались удалёнными, заполнить ртутью до самого верха. Пузырьки можно удалять также, вставив заранее внутрь трубки стальную проволоку, и затем после нескольких поворачиваний вынуть её.
3)	Заполнив трубку Торичелли так, чтобы ртуть выступала над её краями, отверстие крепко зажать пальцем (указательным) (рис. 204,11). После этого трубку ос
торожно перевернуть и погрузить в чашку со ртутью так, чтобы нижний край трубки- оказался ниже поверхности ртути. Затем от отверстия удалить палец, вынуть его из чашки и трубку закрепить вертикально при помощи лабораторного штатива.
4)	При демонстрации опыта надо, во-первых, показать, что высота столба ртути в трубке Торичелли будет около 65—75 см в зависимости от давления воздуха. Во-вторых, надо наклонить трубку так, чтобы её верхний закрытый конец опу-
Рис. 204. Наполнение трубки Торичелли ртутью.
§ 30. 10-11
201
скался ниже указанной высоты, и показать, что в этом случае трубка целиком заполняется ртутью.
5)	Сравнить видимость столба ртути при применении экранов фона — белого и чёрного.
10.	Опыт IV. Барометры.
Приборы и материалы: 1) Барометр-анероид (рис. 196). 2) Ртутный сифонный барометр (рис. 198). 3) Ртутный чашечный барометр (рис. 199). 4) Барограф (рис. 197). 5) Отвёртка. 6) Примитивный водяной барометр (рис. 200). 7) Масштабная линейка.
Работа имеет своей целью ознакомить с устройством различного типа барометров, а также с отсчётами по ним.
1)	По описанию познакомиться с устройством барометров и барографа.
2)	Произвести отсчёт величины атмосферного давления по школьному сифонному барометру (см. раздел 5).
3)	Взять ртутный чашечный барометр. Действуя винтом В (рис. 199, III), установить уровень ртути в чашке так, чтобы он пришёл в соприкосновение с остриём D. Произвести отсчёт величины атмосферного давления по чашечному барометру.
4)	Вставить в барограф (рис. 197) ленту и установить его перо, действуя для этого отвёрткой на корректирующий винт так, чтобы перо указывало величину атмосферного давления согласно показанию ртутного барометра. Пустить в ход часовой механизм барографа и через неделю ознакомиться с кривой, записанной барографом.
5)	Сравнить показания ртутного барометра и анероида (рис. 196). Осторожно, поворачивая корректирующий винт анероида, привести стрелку последнего на деление, соответствующее показанию ртутного барометра.
6)	Произвести по анероиду отсчёт величины атмосферного давления в самом нижнем этаже дома. Там же отметить положение уровня воды в примитивном барометре (рис. 200). Произвести измерение по анероиду и определить изменение уровня в водяном барометре в верхнем этаже дома.
11.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевые установки всех проделанных опытов и сделать зарисовки.
2)	Можно ли для опыта «взвешивание воздуха» взять колбу меньшей вместимости, чем в 2—3 л? Как такое изменение объёма скажется на результатах?
3)	Как опытный преподаватель может без манометра судить, что разрежение воздуха в колбе достаточно для успеха демонстрации?
4)	Что нужно сделать, если для опыта «взвешивание воздуха» взята корковая, а не резиновая пробка?
Ч Руководство указывает студенту руководитель практикума.
202
$ 31, I
5)	Можно ли для этого опыта воспользоваться весами Беранже, а не техническими?
6)	Выйдет ли опыт «подъём жидкости вслед за поршнем», если воду заменить ртутью?
7)	Почему для начала работы водяных насосов обмотку поршня и клапаны надо смочить водой?
8)	Какую небрежность допустил экспериментатор, если трубка Торичелли в наклонённом положении не заполняется целиком ртутью?
9)	Как в опыте Торичелли надо располагать метровую линейку при измерении высоты столбика ртути?
10)	Должна ли высота столбика ртути в опыте Торичелли непременно равняться 76 см? Указать явления, влияющие на высоту столбика.
11)	Какие существенные недостатки имеет примитивный барометр (рис. 200), делающие его негодным для измерения величины давления воздуха?
12)	Вычислить поправку на температуру для ртутного барометра. Каким образом она сказывается на искажении результата измерения?
§ 31.	Воздушные насосы.
Методические указания — см. т. I, § 66, Изготовление приборов — см. т. III, § 32.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 45, рис. 193. 181 и 201.
1.	Методические замечания. Настоящая работа имеет своей целью ознакомить с основными типами воздушных насосов, применяемых в школе, и с важнейшими демонстрациями по темам: «Свойства газов» и «Атмосферное давление», требующим использования насосов. По своей технике опыты могут быть разделены на три группы:
1)	Нуждающиеся только в насосе без тарелки: магде-бургские полушария (рис.214,тарелки); трубка Ньютона (рис. 217); кипение при пониженном давлении (рис. 285); фонтан в пустоте (рис. 218); модель манометра Бурдона (рис. 195) и др.
2)	Требующие, кроме насоса, ещё тарелки (рис. 210), но без колокола; продавливание стекла (рис. 222); прогиб резиновой плёнки (рис. 221) и др.
3)	Не осуществимые без применения тарелки и колокола: расширение газов (рис. 219); бароскоп (рис. 220); звонок в вакууме и др.
Поэтому опыты, описанные дальше, разбиты согласно этой классификации, несмотря иногда на совершенно их различную тематику. При опытах, не нуждающихся в тарелке, всё же предложено воспользоваться ею — исключительно для измерения манометром степени разрежения, чтобы судить о качестве вакуума.
Следует обратить внимание на точное выполнение правил пользования насосами во избежание порчи их или манометра. Необходимо также иметь в виду возможность раздавливания «со взрывом» колбы в опыте с кипением (рис. 285) и разбрасывание осколков стекла при продавливании его действием атмосферного давления (рис. 222).
5 31, 2
203
2. Вакуум-насосы. 1). Т и п ы насосов. В школе находят своё применение три типа воздушных насосов: водоструйный (рис. 205), Ш и н ц а (рис. 206) и К о м о в с к о-г о (рис. 208). Наиболее же ценным в техническом отношении, благодаря весьма значительной скорости выкачивания воздуха, является насос Геде, но он мало доступен школе по своей высокой стоимости и требует для приведения в действие электромотора (см. т. I, рис. 197). Наибольшая же степень разрежения, даваемая этим насосом, одинакова с насосом Комовского. Насос Геде необходим, если преподаватель хочет показать замораживание воды под колоколом насоса (см. т. I, рис. 168).
Водоструйный насос для приведения в действие нуждается в водопроводе, при этом чем значительней напор воды, тем скорее насос даст нужное разрежение. Водоструйный насос способен давать разрежение примерно до 15—20 мм ртутного столба х), что позволяет применять его*почти для всех опытов в школе-семилетке. Однако поскольку устройство и действие его не может быть объяснено учащимся, постольку применение его в школе нежелательно.
Наиболее дешёвым по своей стоимости из поршневых насосов является насос Шинца: при умелой наладке он даёт разрежение до 20 мм ртутного столба* 2).
Насос Шинца может быть использован не только для разрежения, но и как нагнетательный. Недостаток насоса состоит в том, что разрежение в сосуде может быть получено через сравнительно длительное время; поэтому при опытах для сокращения времени выкачивания следует брать сосуд возможно меньшего объёма.
Наиболее совершенным является насос Комовского. способный давать разрежение до 0,3 мм ртутного столба 3\ Кроме разрежения, насос предназначен и для нагнетания воздуха (до 4 атмосфер). Разрежение обычного порядка посредством насоса Комовского производится в сравнительно короткое время и является для учителя менее утомительным, чем работа с насосом Шинца.
2)	Водоструйный насос. Устройство водоструйного насоса показано на рисунке 205. Струя воды, вытекающая с большой скоростью из отверстия на конце одной трубки Л, втекает в отверстие В другой трубки С, в которую частично входит первая. При этом происходит засасывание воздуха в щель и выбрасывание его вместе с водой через нижнюю трубку С. В результате в сосуде D, в который заключены обе трубки, возникает разрежение воздуха.
Ч Степень разрежения зависит от температуры и в основном ограничивается давлением насыщающих паров воды.
2) У него значительно «мёртвое пространство»!
31 Давление паров масла.
204
£ 3/, 2
Верхним патрубком А водоструйный насос присоединяют к крану водопровода (см. § 6, 5 и рис. 19); на нижний патрубок С надевают резиновую трубку такой длины, чтобы конец её можно
было положить на дно водопроводной раковины, что важно для уменьшения разбрызгивания воды. Как верхняя, так и нижняя трубки должны быть толстостенными; верхнюю во избежание её соскакивания с крана следует обвязать проволокой. Боковой патрубок, или ниппель Е, сделан для соединения посредством резиновой трубки с тем сосудом, из которого выкачивается воздух. Необходимо включить в эту трубку
Рис. 206. Устройство насоса Ш и н ц а.
Рис. 205. Водоструйный насос, стеклянный, и его устройство.
кран (стеклянный), а также крайне желательно установить сосуд, предохраняющий включённый прибор от проникновения воды из насоса (см. правило VII).
Водоструйные насосы делаются из стекла, реже из металла; металлические более прочны; стеклянные же легко бьются и ломаются при надевании резиновых трубок, но более наглядны.
§	2
205
3)	Насос Шинца. Устройство насоса Шинца показано на рисунке 206. Внутри металлического цилиндра помещён пор-
шень а , перемещаемый взад и впер кой на конце. Этот поршень состоит из двух кожаных манжет ВВ, обращённых загнутыми краями в противоположные стороны (рис. 207). Никаких клапанов внутри цилиндра нет; один клапан помещён на продолжении цилиндра, другой — сбоку. Каждый клапан состоит из резинового колпачка С цилиндрической формы или из резиновой трубки, на одном своём свободном конце закрытой наглухо (рис 207, II и III). В колпачке
посредством штока с рукоят-
Рис. 207. Устройство поршня и клапанов насоса Шинца.
сделан бритвой небольшой сквоз-
ной продольный прорез Е наподобие щели. Если давление воздуха внутри колпачка становится большим, чем вне его, щель раскрывается и пропускает воздух наружу. Когда же давление
Рис. 208. Устройство насоса К омовского.
воздуха оказывается большим снаружи, чем внутри, то края щели ещё плотнее прижимаются друг к другу, и она воздуха не пропускает. Из рисунка 206 видно, как расположены колпачки: в клапане 2, являющемся нагнетательным, и в клапане 1, служа
206
# 31, 2
щем для разрежения воздуха. Клапаны портятся редко; чаще всего неисправность насоса вызывается тем, что кожаные манжеты поршня плохо прилегают к стенкам цилиндра или смазка (тавот, сало) оказывается недостаточной. Когда кожа сработалась «до дыр», её надо заменить; если же она только вытерлась, то, отогнув манжеты, следует наложить на металлическое основание поршня некоторое количество ниток.
/ // ///
Рис. 209. Схема работы насоса К омовского.
4)	Насос Комовского (рис. 210). Устройство насоса показано на рисунке 208. Посредством вращения рукоятки, укреплённой на массивном маховике, через кривошипношатунный механизм поршень С получает движение вверх и вниз внутри цилиндра D. В боковой стенке цилиндра сделано отверстие £*, ведущее в трубку F, служащую для разрежения воздуха в том или ином приборе. Клапаном является отъёмное дно J цилиндра, притёртое к нижним краям его стенок и поддерживаемое пружиной К, опирающейся на дно корпуса. Насос заполнен маслом. На рисунке209, I—III показана схема работы насоса. При движении вверх под поршнем в цилиндре образуется вакуум (1)х). Поршень, поднявшись на известную высоту, откроет отвер-
1) Характерно, что так как мёртвое пространство отсутствует, то под поршнем нет воздуха и находятся лишь одни пары масла.
§ 31, 2
207
стие E в трубке F, ведущей к сосуду, предназначенному для разрежения в нём воздуха (II). Воздух из этого сосуда частично войдёт в цилиндр, т. е. в пространство под поршнем. При движе-
Рис. 210. Тарелка для воздушного насоса с манометром. Насос К о м обского. Разрез тарелки.
нии вниз поршень сначала своим телом закроет отверстие Е и тем самым разобщит от насоса сосуд, из которого выкачивается воздух (III). При дальнейшем движении поршень станет сжимать
208
$ 31, 2
находящийся в цилиндре воздух, и когда давление последнего сделается большим атмосферного, откроется нижний клапан. При этом воздух будет через масло подниматься вверх и,пройдя через маслоуловитель L (рис. 208), выйдет наружу
Более подробные указания об устройстве насоса— см. в брошюре Главучтехпрома «Насос Комовского».
4) Тарелка и колокол. Тарелка для воздушного насоса показана на рисунке 210. Основную часть тарелки образует чугунное основание с отшлифованной поверхностью, на которую ставится стеклянный колокол с притёртым нижним краем.
Рис. 211. Присоединение тарелки к манометру (I). Измерение давления воздуха в колбе при помощи открытого водяного манометра (11).
Тарелка снабжена ртутным манометром М (рис. 210) для измерения степени разрежения под колоколом. Тарелка имеет кран В, заканчивающийся ниппелем А, предназначенным для надевания резиновой трубки, служащей для соединения с насосом Шинца (рис. 206), Комовского (рис. 208) или с водоструйным (рис. 205). Второй, вывёртывающийся, ниппель С установлен в центре тарелки и может служить для присоединения того или иного прибора (рис. 215). При таком соединении используется кран и, главное, манометр. На тарелке сделан ввод для электрического тока. Для включения прибора, поставленного на тарелку, служат клеммы 1,1\ для присоединения батареи —клеммы 2,2. В продаже имеется .также тарелка с колоколом меньшего размера и без манометра. В этом случае приходится применять отдельный манометр (рис. 170 и 211, I).
U Маслоуловитель служит для улавливания капелек масла во избежание их выбрасывания через ниппель, предназначенный для нагнетания воздуха.
§ 31, 2
209
Перед помещением того или иного прибора под колоколом мягкой чистой тряпкой с тарелки удаляют пыль. Края колокола и соответствующее место на тарелке намазывают салом, тавотом или, что хуже, вазелином. Чрезмерное намазывание скорее повредит, чем принесёт пользу, не говоря уже о том, что приборы окажутся чересчур покрытыми этими смазочными веществами. Лучше всего приобрести кусок плоской мягкой резины и вырезать из неё круг по размеру тарелки с тремя отверстиями — одно для ниппеля и два дл; то при прокладке её между тарелкой и колоколом надобность в применении сала совершенно отпадает.
5) Соединения между насосом и тарелкой или прибором делаются посредством резинового шланга, т. е. трубки с толстыми стенками. Обычная резиновая трубка при работе насоса сплющится под действием внеш
него давления атмосферы и разобщит насос от тарелки. При пользовании в силу необходимости тонкостенной резиновой трубкой можно до некоторой степени оказать препятствие сплющиванию, плотно обмотав трубку в два-три слоя изолирующей лентой1 2). Можно также внутрь тонкостенной трубки вложить спираль из железной проволоки.
Если шланги имеют отверстия различной величины, применяют специальные соединители из стекла или металла (рис. 212,1). При одинаковых шлангах соединения можно сделать при помощи короткой стеклянной трубочки (рис. 212,11). При этом рекомендуется концы резиновых трубок, если они тонкостенны, обвязать ниткой или проволокой (рис. 212,111). В случае необходимости «заглушить» конец резиновой трубки прибегают к помощи зажима Мора или лучше Гофмана (рис. 167), или, перегнув конец трубки, завязывают его прочной ниткой (рис. 211, V). Можно также отверстие заткнуть круглой палочкой из дерева, стёкла или металла (рис. 212, VI).
1) О хранении резины и пр. — см. т. III, § 17.
2) См. т. III, § 17.
14 Е. Н. Горячкин
210
$ 31, 3
3.	Правила применения вакуум-насосов. При пользовании насосами для опытов следует соблюдать следующие правила:
I.	При работе насосом Шинца (рис. 206) его поршень следует сдвигать на всю длину цилиндра (примерно под полу-секундный счёт: раз, два, раз, два,...), но без резких ударов об основания последнего. При очень быстрых и коротких по длине качаниях насос работает много хуже.
II.	Для получения наибольшего разрежения поршень насоса Шинца особенно важно каждый раз доводить до нижнего предельного положения, что нужно для уменьшения «мёртвого пространства».
III.	При работе насосом Комовского (рис. 208) плавно вращать рукоятку по часовой стрелке, делая примерно 60— 120 оборотов в минуту (т. е. с секундным или полусекундным счётом). При резком изменении скорости или весьма быстром вращении возможна порча насоса.
IV.	Перед соединением прибора или тарелки с насосом следует выбрать ниппель, соответствующий выкачиванию, что легко определить, приведя насос в действие и прикладывая палец к отверстиям ниппелей.
V.	Так как насосы Шинца и Комовского делаются из железа, то при опытах, сопровождающихся испарением воды, например: кипение под уменьшенным давлением (рис. 285, I), более рационально пользоваться водоструйным насосом. Если были применены всё же насосы Шинца или Комовского, то их после работы следует «просушить», сделав для этого вхолостую несколько десятков качаний.
VI.	Колокол, поставленный на тарелку, при начале откачивания следует несколько нажать руками вниз и слегка повернуть, что особенно важно в случае применения резиновой подкладки. Затем, сделав несколько качаний, убедиться, что колокол «присосался», т. е. не поддаётся усилиям руки, стремящейся поднять его вверх.
VII.	Перед каждым, хотя бы временным, прекращением работы поршнем желательно закрывать кран, разобщая насос от тарелки или от прибора. Это безусловно необходимо
$ 57, 4
211
для водоструйного насоса не только перед полным закрыванием водопроводного крана, но и при всяком уменьшении протока воды через насос. При несоблюдении этого правила проберётся вода в соединительный шланг и в каналы тарелки.
VIII.	После окончания опыта шланг разобщают от тарелки обязательно при закрытом кране. Воздух под колокол впускают медленно, лишь постепенно открывая кран; при быстром впуске ртуть манометра может своим ударом разбить его стеклянную трубку.
IX.	После работы с тарелкой протереть её поверхность и края колокола для удаления жира, который при хранении загустеет и сильно загрязнится.
Рис. 213. Измерение давления при помощи демонстрационного закрытого ртутного манометра.
4.	Опыт I. Определение степени разрежений, создаваемых насосами.
Приборы и материалы: 1) Насосы—водоструйный (рис. 205), Шинца (рис. 206) и Комовского (рис. 208). 2) Ртутный открытый манометр (рис. 171). 3) Резиновый шланг. 4) Винтовой зажим Гофмана (рис. 167).
Рис. 214. Магдебургские тарелки.
Опыты служат для ознакомления с методом определения степени разрежения, создаваемого различными типами насосов; один из этих опытов может быть продемонстрирован в классе при объяснении действия манометра (§ 30, 4).
1)	Присоединить к одной из трубок открытого ртутного манометра ( с ртутным столбом, допускающим измерение до 1 атмосферы) насос Шинца посредством резинового шланга (рис. 213). На шланг поставить зажим В Гофмана (рис. 167).
14*
212
$ 31, 5
2)	Откачивать воздух (соблюдая при этом правила 1, II и IV — см. раздел 3).до тех пор, пока разность уровней в манометре не перестанет изменяться. Затем, согласно правилу VII, завинтить зажим В Гофмана для разобщения насоса от манометра. Измерить разрежение, созданное насосом.
3)	Отсоединив насос от шланга, медленно открывать зажим для постепенного впуска воздуха во избежание выбрасывания ртути через свободную трубку.
4)	Произвести такие же опыты с насосами Комовского и водоструйным. При применении последнего насоса не забыть о соблюдении правила VII.
5.	Опыт II. Магдебургские полушария. Трубка Ньютона.
Приборы и материалы:!) Магдебургские тарелки (рис. 214). 2) Насосы Шинца и Комовского. 3) Тарелка с манометром (рис. 210). 4) Резиновые шланги. 5) Рама по механике (рис. 52). 6) Набор гирь до 15— 20 кГ. 7) Платформа на цепях или проволоках. 8) Трубка Ньютона (рис. 217). 9) Сало. 10) Масштабная линейка.
Опыт с магдебургскими полушариями и опыт Ньютона, различные как пр своим темам, так по приёмам
Рис. 215. Выкачивание воздуха через тарелку.
демон стри рования, описываются здесь вместе потому, что по технике получения вакуума являются единообразными.
1) Протереть притёртые части магдебургских тарелок (рис. 214) тряпкой, измерить диаметр последних масштабной линейкой И и намазать края салом, таво-том или вазелином. Тарелки, наложив их, сжать и немного повернуть одну относительно другой. Насос Шинца или Комовского соединить шлангом с ниппелем А на тарелке с манометром (рис. 215); на ниппель С тарелки надеть шланг и присоединить к нему ниппель магдебургских тарелок * 2>. Открыть кран В (рис. 210).
J) См. вопрос 5 к отчёту студента.
2) Присоединять именно так, как указано: иначе нельзя будет без получения толчка в манометре отсоединить магдебургские тарелки.
§ 31,6
213
2) Вести откачивание (правила 1, II и VII) до получения давления в несколько сантиметров ртутного столба. Закрыть снача-
ла крану магдебургских полушарий, затем кран у тарелки и после этого, сняв конец А шланга у тарелок, медленно пустить воздух к манометру (правило VIII), медленно открывая кран В.
3)	Повесить магдебур] ские тарелки на раме (рис. 52), к ним при
соединить платформу (квадратную доску на цепочках или верёв-
ках). На платформу ставить гири до 15—20 кГ, повторяя тем самым исторический опыт Герике (рис. 216). Обратить внимание на обеспечение видимости опыта.
4)	Освободить тарелки от груза и дать попробовать разорвать их сначала одному, затем двум учащимся. Тянуть надо за ручки по направлению, перпендикулярному к плоскости тарелок.
5)	Взять в обе ру
Рис. 216. Опыт Герике (по старинному рисунку).
ки трубку Ньютона за её концы и поместить её несколько
сбоку от своего кор-
пуса (рис. 217). Повернуть трубку резким движением на 180°. Овладеть таким навыком, чтобы дробинка, бумажка и перо одновременно начинали своё падение г). Установить, на каком фоне — белом (экран для фонаря) или чёрном (классная доска) — обеспечивается лучшая видимость.
6)	Произвести описанным выше способом откачивание воздуха из трубки Ньютона до давления в несколько сантиметров ртутного столба. Показать, что падение тел на дно трубки происхо
дит одновременно.
6.	Опыт III. Фонтан в .пустоте. Кипение под уменьшенным давлением.
Приборы и материалы:!) Водоструйный насос (рис. 205).
2) Круглодонная колба вместимостью в 2—3 литра. 3) Резиновая пробка.
В При резком повороте трубки предметы удерживаются во время движения у основания трубки действием центробежной силы.
214
§ 31, в
4)	Стеклянная трубка с оттянутым конном. 5) Резиновая трубка, толстостенная. 6) Сосуд с водой. 7) Горячая вода. 8) Лабораторный штатив. 9) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий.
Опыты «фонтан в пустоте» и «кипение под уменьшенным давлением» требуют применения водоструйного насоса. Однако, в крайнем случае, можно пользоваться насосами Комовского и
Рис. 217. Положение экспериментатора с трубкой Н ь ю т о н а.
Шинца (см. правило V). Кругло донную колбу можно заменить стеклянной бутылкой, но обязательно с толстыми стенками; в частности, вполне пригодны бутылки для химикалиев и графин для воды (рис. 285, I).
1)	В бутылку или колбу вставить пробку с пропущенной через неё стеклянной трубкой, имеющей оттянутый конец (рис. 218). На свободный конец стеклянной трубки надеть резиновую толстостенную трубку с винтовым зажимом (рис. 167). Бутылку или колбу установить дном кверху на штативе.
2)	Откачать из бутылки или колбы воздух, открыв зажим (см. вопрос 6 к отчёту студента), соблюдая правила I, III, VII, VIII
§ 31, 7
215
(см. раздел 3). Крепко завинтить зажим, отсоединить насос и поставить под бутылку сосуд с водой Конец резиновой трубки опустить под воду. Сзади поставить экран фона или, лучше, просвечивающий. Открыть зажим и получить фонтан. Проверить видимость опыта.
3)	В колбу, бутылку или графин налить горячей воды с температурой в 60—70°. Чтобы стекло не треснуло при наливании горячей воды, принять меры, указанные в § 35, 3. Закрыть плотно горлышко заранее приготовленной резиновой пробкой с газоот
Рис. 219. Демонстрация расширения газа при посредстве футбольной камеры.
водной трубкой (рис. 285). Трубку шлангом с зажимом Гофмана присоединить к насосу —водяному или Комовского. Сзади бутылки поместить экран фона или просвечивающий. Вести откачивание и наблюдать кипение воды; иметь в виду возможность раздавливания колбы или бутылки. Проверить видимость опыта.
4)	Если откачивание ведётся посредством насоса Комовского или Шинца, не забыть выполнить правило V (см. раздел 3).
7.	Опыт IV. Расширение газа при уменьшении внешнего давления. Бароскоп.
Приборы и матерйалы: 1) Камера, футбольная, или обо-/ 1 1 \
лочка от резинового шара. 2) Стеклянный пузырёк (——— л)срезиновой
пробкой. 3) Бароскоп (рис. 220). 4) Насос Комовского или Шинца. 5) Булавка или иголка. 6) Кусочек цветной бумаги. 7) Экраны фона — белый и чёрный (рис. 56 и 57).
216
$ 31, 8
Расширение газа при уменьшении внешнего давления может быть продемонстрировано двумя способами — с футбольной камерой или с любым пузырьком, закрытым резиновой пробкой. Попутно здесь описывается опыт с бароскопом, требующим также
Рис. 220. Бароскоп.
применения тарелки с колоколом.
1)	Оставив в футбольной камере самое небольшое количество воздуха, завязать ниткой конец её трубки (рис. 219). Поместить камеру под колокол воздушного насоса и производить откачивание, соблюдая правила I, Ill, VIII, особое внимание обратить на правило VI. Получить раздувание камеры до приобретения ею шарообразной формы (рис. 219). Заканчивая опыт, показать, что при впускании воздуха под колокол камера постепенно уменьшается в объёме до первоначальной величины.
2)	Поставить под колокол воздушного насоса аптекарский пузырёк или бутылочку (74 л}, заткнув их плотно, но не чересчур сильно, резиновой пробкой. В пробку воткнуть булавку или иголку с
ярким флажком на конце. Откачивать воздух до выскакивания пробки из бутылки. Проверить видимость опыта.
3)	Рассмотреть устройство бароскопа (рис. 220). Передвинуть посредством вращения грузик А до уравновешивания коромысла. Поместив бароскоп под колокол, откачивать воздух до ясного нарушения равновесия. Проверить видимость опыта; применить экран фона.
8.	Опыт V. Продавливание стекла атмосферным давлением»
Приборы и материалы: 1) Насос Комовского. 2) Тарелка (рис. 210). 3) Цилиндр для раздавливания стекла (рис. 222). 4) Тонкая резиновая плёнка. 5) Нитки. 6) Оконное тонкое стекло. 7) Вазелин или сало. 8) Стеклянный большой колпак. 9) Экран фона — белый и чёрный.
Опыты служат для демонстрации атмосферного воздуха, что обнаруживается в одном случае продавливанием стекла и в другом сильным растяжением резиновой плёнки. При опыте с продавливанием стекла иметь в виду опасность ранения осколками; во избежание этого необходимо применить для защиты большой колокол или стеклянный колпак, применяемый в химии.
1)	Затянуть резиновой плёнкой верхнее основание цилиндра (рис. 221). Плёнку привязать ниткой. Поставить цилиндр на тарелку, соединённую с насосом Комовского. Откачивать воздух
$ 31, 9
217
до получения ясно видимого растяжения плёнки внутрь цилиндра. Проверить видимость опыта; применить экран фона.
2)	Смазать верхнее основание цилиндра вазелином, салом или тавотом и наложить на него возможно более тонкое (Л=1—2 мм) стекло (рис. 222). Прикрыть ниппель на середине тарелки какой-либо крышкой (например, от коробочки для вазелина), чтобы воспрепятствовать попаданию внутрь осколков стекла. Поставить цилиндр-на тарелку (выполняя указания правила VI при-
менительно к цилиндру), накрыть цилиндр колпаком или колоколом, подложив под один из его краёв какой-либо предмет для образования небольшой щели. Вести откачивание до разрушения
Рис. 221. Демонстрация растяжения резиновой плёнки.
Рис. 222. Демонстрация продавливания стекла.
стекла. И меть.в виду, что при продавливании стекла получается довольно громкий звук (наподобие взрыва) и звон стёкол. Обратить внимание на обеспечение видимости. Для уменьшения отсветов применять просвечивающий экран.
9.	Вопросы к отчёту студента.
1)	Подобрать демонстрации по теме «воздушный насос» и наметить их целевую установку. Сделать зарисовки опытов.
2)	Какой из насосов следует показывать при объяснении принципа действия насоса?
3)	Какого размера колокол—большего или меньшего — следует брать при пользовании насосом Шинца (рис. 206)?
4)	При каком положении рукоятки кран В является открытым (рис. 210)?
5)	На основании измерения диаметра магдебургских тарелок (рис. 214) вычислить величину силы, необходимой для их отрыва друг от друга. Расчётами показать также, до какого давления достаточно вести откачивание.»
6)	До какой степени следует производить откачивание из бутылки для опыта «фонтан в пустоте» (рис. 21*8)?
7)	Какой формы сосуд наиболее пригоден для опыта «фонтан в пустоте» (рис. 218)? Как следует расположить оттянутый конец трубки внутри сосуда — выше или ниже? Какое значение может иметь диаметр отверстия этого конца?
8)	Иногда, показывая опыт «кипение под уменьшенным давлением», прикладывают сбоку к бутылке руку (рис. 285, I). Что этим хотят показать?
218
.? ^2> 7
§ 32. Молекулярные явления.
Методические указания — см. т. 1, §§ 69 и 76. Изготовление приборов — см. т. III, § 33. Рисунки по теме — см. т. IV, § 47 и рис. 202—204.
1. Методические замечания. Количество опытов по молекулярным явлениям в семи летней школе невелико. Демонстрации охватывают: силы сцепления, как у твёрдых, так и жидких тел; явления смачивания; капиллярность и диффузию жидкостей и газов. Полезно также демонстрирование видоизменённого прибора Эйхенвальда (см. т. 1, рис. 171). На этом приборе возможно дать представление о механизме движения частиц газа и возникновения броуновского движения. Многочисленные и интересные опыты, связанные с явлениями поверхностного натяжения, возможно проводить лишь на дополнительных занятиях в кружке. Большинство указанных выше обязательных демонстраций требует весьма несложных установок, которые приходится собирать преподавателю своими силами. Из приобретаемых приборов нужны: свинцовые цилиндры (рис. 223)1), стеклянные пришлифованные пластинки (рис. 511) и сосуды с капиллярными трубками (рис. 226).
Опыты по вопросу смачивания настолько просты, что не описываются в дальнейших работах. К числу опытов, которые полезно показать по данному вопросу, относятся следующие: стеклянные палочки —одну, чисто промытую, а другую, покрытую жиром или парафином, погружают в воду и обнаруживают прилипание воды в первом случае; полезно также сравнить результаты погружения стеклянных палочек в воду, масло и ртуть; смачивание ртутью металлов весьма эффектно показать, амальгамируя на глазах у учащихся цинк (см. § 44 и рис. 314).
Кроме описанных ниже капиллярных явлений, полезно продемонстрировать постепенное проникновение воды в кирпич, поставленный своим основанием в кювету с водой, действие фитилей и т. п.
Для внеклассных занятий следует рекомендовать ряд увлекательнейших опытов, которые могут быть проведены при кружковых работах или даже в домашней обстановке.
К числу этих опытов относятся:
1) Плавание иглы на поверхности воды. 2) Образование окон на поверхности воды, покрытой ликоподием, при действии паров эфира. 3) Разбегание плавающих в воде спичек при растворе-
х) Свинцовые цилиндры (с ушками для подвешивания) имеются в продаже (рис. 223). Предпочтительно приобрести цилиндры диаметром в 20— 25 мм; тогда величина удерживаемого груза может быть доведена до 20— 25 кГ. Изготовление таких цилиндров путём отливки их из свинца в глиняной форме особых затруднений не представляет для преподавателя, владеющего хотя бы элементарными ремесленными навыками.
5 32, 2
219
пии мыла. 4) Опыты с мыльными пузырями. 5) Опыты с жидкими плёнками на каркасах и т. д.
2. Опыт L Сцепление у твёрдых тел.
Приборы и материалы: 1) Стеклянные пришлифованные пластинки (рис. 511). 2) Свинцовые цилиндры (рис. 223). 3) Воск или парафин. 4) Рама. 5) Гири в 5 и 10 кГ. 6) Мешок с песком весом в 15—20 кГ. 7) Нож.
Далее описаны три опыта, которые могут и должны быть по-
казаны при рассмотрении вопроса о проявлении сил сцепления
1) Стеклянные пришлифованные сухие пластинки наложить одна на другую и плотно сжать их, несколько повернув одну относительно другой. Поддерживая пальцами края верхней пластинки, показать, что нижняя не отпадает, удерживаемая силами сцепления.
2) Основным условием для успеха опыта сцепления свинца является не-
Рис.
обходимость возможно лучшей пришли-фовки оснований цилиндров друг к другу, чтобы силы сцепления проявились между возможно большим количеством точек. Для пришлифовки взять острый нож с прямолинейным лезвием, и, зажав цилиндр, лучше всего, в тисках, скоблить ножом основание цилиндра, как показано на рисунке 223, 11. Когда основание станет совершенно ровным и блестящим по всей своей поверхности, то подобную же операцию совершить со вторым цилиндром. Пришлифовку следует сделать непосредственно перед самым опытом.
3) Привязать к ушкам цилиндров куски проволоки (от шнура электрического освещения), завязав на концах у последних петли: одну—для подвешивания цилиндров к раме и другую —для прикрепления гири. На головке гири из жёсткой проволоки сделать крючок. Взяв цилиндры в руки, с силой прижать их основаниями друг к’другу и для более тесного приле-
гания постараться повернуть один относительно другого. Подве-
223. Свинцовые цилиндры и их цришлифовка.
224.
Рис.
Сцепление свинцовых цилиндров.
сить цилиндры к деревянной раме и затем осторожно прице-
1)См. книги: Знаменский, «Лаб. зан.», Том Т н т, «Научные развлечения».
220
$ 32, 3
Рис. 225. Сцепление стеклянных смоченных жидкостью пластинок.
пить гирю к петле на нижнем цилиндре (рис. 224). Получив силы сцепления, удерживающие груз в 5 кГ, что осуществить сравнительно легко, заменить гирю большей — в 10 кГ и, наконец, попытаться подвесить мешок с песком весом в 15—20 кГ. Если пришлифовка сделана достаточно тщательно, то удерживаемый груз можно довести до 25 кГ для цилиндров диаметром в 25 мм.
4) Взять куски парафина или лучше воска и показать, что, приведённые в соприкосновение, они не сцепляются между собой. Нагреванием размягчить парафин или воск и обнаружить их сцеп ляемост ь.
3. Опыт II. Сцепление у жидкостей.
Приборы и материалы: 1) Два стекла от фотопластинок (6 см X 9 см или, лучше, 9 см X 12 см). 2) Резиновый шнурок. 3) Нитки. 4) Сургуч или воск. 5) Сосуд с водой.
Опыт служит для обнаружения сил сцепления у жидкостей, а также явления прилипания последних к твёрдым телам.
1) Промыть с мылом стёкла от фотопластинок для удаления следов жира с их поверхности.
2) К одной из пластинок по её углам приклеить сургучом или воском концы четырёх ниток Свободные концы этих ниток связать вместе и притом так, чтобы пластинка, поддерживаемая за узел от всех четырёх ниток, висела горизонтально (рис. 225).
, 3) Складывая сухие пластинки, обнаружить, что стёкла не способны сцепляться между собой. Смочить поверхности пластинок водой (в случае надобности промыв их ещё раз) и показать, что нижняя пластинка удерживается силами сцепления (рис. 225). Снабдив предварительно нижнюю пластинку приклеенными к ней нитками, продемонстрировать,
что силы сцепления удерживают не только вес нижнего стекла, но и некоторый груз.
4) Привязать к узлу четырёх нитей, приклеенных к стеклянной пластинке, тонкий резиновый шнурок. Проверить, что плас-
г) При приклеивании положить на утлы пластинки маленькие кусочки воска или сургуча и расплавить их на месте, прикасаясь для этого к ним нагретой на спиртовке полоской железа, иначе воск и сургуч не пристанут к стеклу достаточно прочно.
§ 32, 4
221
тинка, поддерживаемая за свободный конец резинового шнурка в висячем положении, располагается строго горизонтально. Опустить пластинку на поверхность воды и, натягивая резиновый шнурок, показать, что для отрывания пластинки от поверхности воды нужно некоторое определённое усилие. О величине этого усилия можно судить по удлинению шнурка.
4.	Опыт III. Капилляры. Мениск.
Приборы и материалы: 1) Два сосуда с капиллярами (рис. 226). 2) Стеклянный трёхгранный сосуд (рис. 227, II). 3) Подкрашенная вода. 4) Ртуть. 5) Штатив. 6) Экраны—белый, чёрный и просвечивающий. 7) Электрическая лампочка с глубоким колпаком (рис. 58). 8) Два стекла от фотопластинок (9 см\12 см). 9) Сосуд с водой.
Для опыта, имеющего своей целью показать, как устанавливается уровень ртути и воды в капиллярных трубках по сравнению с их уровнем в широких сосудах, имеются в продаже сообщающиеся сосуды, показанные на ри-сунке 226. Эти сосуды позволяют также | I I |( | обнаружить форму менисков у ртути и	|
воды.	fl	I ‘I.
1)	Наливая через широкий сосуд, на-полнить приборы примерно на половину,	(	I	|И
ОДИН —ЧИСТОЙ ртутью И Другой —ВОДОЙ,	я	J	|И
подкрашенной флуоресцином, фуксином,	!	|	[И
ноне марганцовокислым калием (§ 11, 4).	I	I	1И
2)	Укрепить сосуды на штативе и \^-расположить их на фоне сначала белого, а затем чёрного экрана (§ 12, 7). Приме-	Ртуть
нить дополнительное освещение спереди рис 226. Сообщающиеся или сбоку посредством лампочки с глубо- сосуды с капиллярами, ким колпаком (§ 12,8). Выяснить наилучшие условия для обеспечения видимости.
3)	Расположить те же сосуды на фоне просвечивающего экрана. Сравнить видимость с предыдущим случаем. Выяснить, хорошо ли видны выпуклый и вогнутый мениски и разница уровней в широкой и узкой трубках.
*4) Взять два стекла от фотопластинок, промыть их тщательно водой с мылом и связать вместе ниткой, вложив с одного края обломок спички (рис. 227, I). Погрузить их нижний край в сосуд с водой, чтобы получить картину, изображённую на рисунке 227,1.
5) Взять сосуд, изготовленный из трёх фотопластинок и деревянного брусочка, и налить в него ртути и воды. Наблюдать мениски (рис. 227, II).
6) Выяснить, не выиграют ли опыты по своей видимости при употреблении подкрашенной воды, а также какой фон нужно применить для данного опыта.
222
§ 32, 5
5. Опыт IV. Диффузия жидкостей.
Приборы и материалы 1)Три мензурки или три стеклянных цилиндра для собирания газов (рис. 228). 2) Насыщенные растворы — сернокислой меди и двухромовокислого калия. 3) Кружочек из пробки или дерева. 4) Химическая воронка. 5) Просвечивающий экран.
Настоящий опыт —длительного характера, так как полное смешивание жидкостей, в зависимости от температуры в помеще-
Рис. 227. Капиллярное поднятие воды между двумя стёклами (I). Расположение уровней воды и ртути в трёхгранном сосуде (II).
нии, может занять несколько дней. Основная трудность в подготовке опыта заключается в том, чтобы заполнить примерно по
ловину (нижнюю) высокого цилиндрического сосуда раствором и другую верхнюю половину — водой, притом так, чтобы эти жид-
Рис. 228. Различные способы заполнения цилиндрических сосудов для опытов с диффузией.
кости оказались резко разграниченными между собой. Здесь для сравнения описываются два способа заполнения и притом с различными растворами (рис. 228).
1)	Налить в один из цилиндров до половины воды, в другой —столько же насыщенного раствора сернокислой меди. Применить два способа заполнения. Для этого в цилиндр с водой опустить химическую воронку с длинной трубкой, доходящей до дна; через во
§ 32, 6
223
ронку наливать осторожно раствор сернокислой меди (рис. 228, 1). В другой сосуд с раствором опустить на поверхность его пробочный или деревянный кружок почти такого же диаметра, как и у цилиндра. Полезно к кружку заранее привязать ниточку. Из стакана с носиком осторожно наливать воду до заполнения цилиндра водой, поддерживая кружочек за ниточку (рис. 228, II и 111).
2)	Воспользоваться тем из описанных способов заполнения, который дал наилучшие результаты в отношении получения резкой границы между раствором и водой, и заполнить третий сосуд раствором двухромовокислого калия.
3)	Выяснить, как возрастает видимость содержимого сосудов на фоне просвечивающего экрана.
4)	Поставить осторожно цилиндры в «укромное место» и ежедневно производить наблюдения, как происходит диффузия. Делать соответствующие пометки в дневнике до полного смешения. Сравнить, какой из растворов является наиболее подходящим для демонстрации.
6.	Опыт V. Диффузия аммиака.
Приборы и материалы: 1) Большой стеклянный колпак (рис. 229). 2) Фильтровальная бумага. 3) Раствор фенолфталеина. 4) Нашатырный спирт. 5) Кусочек ваты. 6) Лист фанеры или картона.
Опыт с диффузией аммиака выгодно отличается от подобных ему опытов с диффузией воздуха и водорода или углекислого газа тем, что постепенное распространение аммиака обнаруживается наглядно покраснением индикаторных бумажек.
1)	Отрезать от листа фильтровальной бумаги пять-шесть коротких полосок (1 смХЗ—4 см) и одну длинную узкую (1 см X 23— —30 см) и смочить их раствором фенолфталеина (см. т. Ill, § 24). Капнув на одну из коротких полосок нашатырным спиртом, убедиться, что из бесцветной она становится яркокрасной. Три-четыре короткие полоски «приклеить» в горизонтальном направлении на разных высотах и длинную — вертикально внутри *вы-
ная стеклянная банка, колпак или, в крайнем случае, колокол от воздушного насоса) (рис. 229).
со ко го (чем выше, тем лучше!) стеклянного сосуда (прямоуголь
Рис. 229. Опыт с диффузией аммиака.
224
$ 32, 7; § 33, 1
2)	Намочить небольшой кусочек ваты в нашатырном спирте, бросить его внутрь сосуда и тотчас плотно прикрыть последний листом фанеры или картона. Вместо ватки возможно ввести в сосуд кусочек углекислого аммония, выделяющего из себя аммиак.
3)	Наблюдать, через сколько времени и в какой последовательности проявляется окрашивание полосок. Сравнить, какие — горизонтальные или вертикальные—бумажки окажутся более выгодными для наглядности опыта.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевую установку проделанных опытов, сделать зарисовки в тетрадях.
2)	Какой формы сосуд наиболее удобен для демонстрации сцепления между стеклянной пластинкой и жидкостью? Сколько наливать в сосуд воды? На какохм фоне лучше всего* обеспечивается видимость?
3)	Почему важно, чтобы пластинка, висящая на резиновом шнурке, свободно располагалась горизонтально?
4)	Почему для отрывания двух стеклянных пластинок, смоченных водой (рис. 225), нужна большая сила, чем для отрывания одной пластинки от поверхности воды?
5)	Каким образом можно продемонстрировать наличие сил сцепления у ртути? Какую пластинку следует взять? Что предварительно надо сделать с этой пластинкой?
6)	На основании какого явления можно утверждать, что в опыте (рис. 225) измеряется сцепление между частицами воды, а не между стеклом и водой?
7)	Каким простейшим способом можно измерить силу, необходимую для отрывания пластинки от воды (рис. 225)?
8)	С какой целью некоторые экспериментаторы предлагают в опыте с диффузией жидкости брать воду слегка подогретую (25—30°), а раствор — обычной комнатной температуры или слегка охлаждённый (10—15°)?
9)	Сравнить в методическом отношении описанные здесь опыты по капиллярности с опытом, приведённым в § 23, 2.
10)	Почему перед опытом «диффузия аммиака» необходима демонстрация, указанная в первом пункте описания?
И) Какие промахи допущены во время опыта с диффузией аммиака, если бумажки отвалятся или получат слабое окрашивание?
Глава седьмая.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО МЕХАНИКЕ.
§ 33. Виды движения. Инерция. Трение.
Методические указания — см. т. 1, §§ 77—81.
Изготовление приборов — см. т. III, § 34.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 35—37 и рис 150—159.
1. Методические замечания. Демонстрации по отделу механики «Движение и сила» сравнительно немногочисленны и просты. Нередко количество этих демонстраций сводится до предельного минимума, так как считают, что некоторые механические процессы настолько просты и, главное, общеизвестны, что не стоит терять дорогого времени на воспроизведение таких явлений, и пото
§ 33, 2
225
му находят вполне возможным ограничиться приведением примеров явлений, происходящих чуть ли не на каждом шагу в окружающей обстановке. Такое положение безусловно является
крупнейшей методической ошибкой.
Для внеклассных занятий и вечеров занимательной физики легко подобрать значительное количество демонстраций; особенно интересными будут для учащихся
вращательное движение и в том числе центробежная и центростремительная силы (см. Ф. Э., т. II, §42).
2. Обзор опытов по теме: «Виды движения». ^•Движения —к риволиней-ное и прямолинейное следует показывать так, чтобы траектория всего движения оказалась видимой
Рис. 230. Вычерчивание траектории шариком, движущимся по наклонной плоскости.
хотя бы на самое короткое время. Для этого можно воспользоваться двумя способами: или получить реальную запись траектории (рис. 230), или воспользоваться способностью че-
ловеческого глаза сохранять зрительное впечатление в течение 0,1 секунды (рис. 231).
Для записи траектории заставляют катиться шарик, вымазанный штемпельной краской или густо разведённым чернильным порошком1), по листу бумаги, постеленной на наклонную плоскость (лист фанеры, примерно 50 еж X 70 ел*, рис. 230). Выпуская шарик (без толчка) из руки, получают прямолинейную траекторию; при боковых толчках
Рис. 231. Траектория движущейся получаются криволинейные (па-светящейся точки.	раболические) пути движения.
Второй способ требует затемнения в классе. Лучинку, ’ фитиль, тлеющие на конце, или горящую папиросу, сигару быстро двигают по прямой, кривой, и в частности, по окружности (рис. 231). Огонь
й Чтобы краска пристала ко всей поверхности шарика, надо промыть его в воде с мылом.
15 Е. н. Горячкин
226
§ 55, 2
тлеющего фитиля, прикреплённого к свободно падающей гирьке, «вычертит» прямую линию.
2)	Вращательное движение показывают посредством фанерного диска, вращаемого на центробежной машине, при помощи электростатической машины или шкива какой-либо машины или модели. На диске, круге электростатической машины или шкиве делаются отметки в виде точек белым или чёрным и показывается, что эти отметки совершают движения по окружностям.
Весьма полезна демонстрация шарика, привязанного на нитке и вращаемого посредством руки.
Передачу вращательного движения при внеклассных занятиях можно показать на модели трансмиссии, собираемой учащимися из деталей «Конструктора» (§ 14, 6 и рис. 92, I). Для вечеров занимательной физики рекомендуется демонстрация стробоскопического эффекта, наблюдаемого при вращении колеса со спицами или электростатической машины (рис. 296), освещаемых неоновой лампой переменного тока (рис. 333 и 334). Интересен показ также мёртвой петли (см. Ф. Э., т. II, § 42, 22).
3)	Передачу и преобразование движения можно продемонстрировать на швейной машине, параллельных тисках, токарном станке, модели парового цилиндра (рис. 83) и т. п. Подробности — см. ф. Э., т. II, § 20.
4)	Равномерное движение демонстрируют при помощи заводной детской игрушки (автомобиль, паровоз, танк), пускаемой по демонстрационному столу (§ 14, 6). Пути, проходимые за время удара метронома (рис. 232) или маятника (рис. 233), отмечаются указателями и сравниваются между собой. Интересно показать опыт с шариком, падающим внутри трубки, заполненной жидкостью. Для этого опыта берётся стеклянная трубка длиной около 70—100 см с внутренним диаметром, незначительно превышающим диаметр металлического шарика. Трубку снизу и сверху закрывают пробками, предварительно наполнив её водой так, чтобы не оставалось пузырька воздуха. При перевёртывании трубки шарик станет двигаться весьма медленно, так что легко удаётся выявить равномерность движения. Весьма полезно на трубке нанести какие-либо деления для отсчётов проходимого шариком пути. При использовании вместо воды глицерина или другой вязкой жидкости (патока) можно получить весьма медленное равномерное движение.
5)	Звуковые сигналы времени необходимы при демонстрациях равномерного движения. Отсчёты времени: а) порядка минут — делаются по часам с секундной стрелкой или по секундомеру и б) порядка секунд и их долей —посредством метронома (рис. 232) или самодельного громкоотбивающего маятника (рис. 233). У метронома продолжительность интервала между ударами можно изменять смещением грузика по колеблю-
§ 33, 3
227
щейся полоске, снабжённой делениями (рис. 232). У колеблющегося маятника А маленькая гирька В, периодически ударяющаяся о фанерное или жестяное дно ящика, вызывает гулкие удары. Интервал между ударами зависит от длины маятника, считая её от центра тяжести большой гири до точки подвеса. Для полу секундного маятника (удары через — секунды) эта длина — около 2,5 см.
Рис. 232. Метроном и его шкала
Рис. 233. Громкоотбивающий маятник простейшего устройства.
3.	Обзор опытов по теме: «Трение». 1) Изучение трения требует прибора трибометра, состоящего из гладко выструганной доски (20—25 еж х 100—150 см) без сучков, лучше всего берёзовой, и двух или трёх платформ (плашек, рис. 235). Доску достаточно сделать толщиной в 2—Зсм, плашки —в 4—6 см, чтобы в торцы последних можно было ввернуть крючки для соединения друг с другом. Доску* с одной стороны покрывают тонким листовым железом и прибивают его по краям мелкими гвоздиками. Для изучения трения по стеклу можно воспользоваться стеклом с письменного стола. Одну из плашек с одной стороны тоже покрывают железом, другую оклеивают мелкой наждачной или стеклянной бумагой (шкуркой). 15*
228
§ 33, 3
Существуют два способа для приведения в движение плашки или тележки и для измерения силы тяги. В одном случае плашку тянут вдоль доски, поместив между ней и рукой динамометр (рис. 234). В другом случае свободный конец бечёвки, привязанной к крючку плашки А, перекидывают через блок В (рис. 235). На
Рис. 234. Трибометр с динамометром.
этом конце укрепляют чашку С и нагружают её гирьками до возникновения равномерного движения плашки. На рисунке 235 показан трибометр по А. А. Покровскому. На одном конце доски укреплена петля D, закрепляемая струбцинкой; блок В берётся на струбцинке. Демонстрацию по изучению трения — см. раздел 5.
Рис. 235. Трибометр, установленный, как наклонная плоскость.
Сравнение трения скольжения и катания производят, сначала поставив на наклонную плоскость деревянный или металлический цилиндр и затем положив его боком. Наклон плоскости берётся предельным, т. е. таким^ чтобы в первом случае цилиндр оставался неподвижным и во втором — скатывался.
2) Подшипники. Весьма желательно достать обычный подшипник с вкладышами от какой-либо старой машины. Кро-
§ 33, 4—5
229
ме того, надо показать ролико-и шарикоподшипники, возможно более крупного размера (рис. 94) (см. т. I, рис. 19).
Принцип действия роликоподшипника демонстрируют, подложив между плашкой и доской трибометра два-три круглых карандаша. Для разъяснения действия шарикоподшипника между сторонами доски и плашки насыпают велосипедных шариков. Если поставить на плашку тяжёлую гирю, то достаточно небольшого
нажима пальцем на плашку, чтобы вызвать её движение.
4.	Обзор опытов по теме: «Инерция». Опыты по инерции весьма многочисленны. Некоторые из них, например, переламывание палки, повешенной на бумажных кольцах, выбивание монеты или шашки из стопки их, вращение сырого и сваренного яйца и др., могут быть рекомендованы для йвчеров занимательной физики.
Из имеющихся в продаже приборов заслуживает внимания показанный на рисунке 236. Выпуская из руки оттянутую в сторону плоскую пружину из-под металлического шарика листок
Рис. 236. Демонстрация инерции выбиванием подкладки из-под шарика.
А, заставляют её выбить В картона или жести.
Шарик, оставшись на месте и лишившись опоры, падает внутрь трубки.
5.	Опыт I. Трение.
Приборы и материалы:!) Доска (20 см х 100 см), с одной стороны обитая чёрной жестью 1). 2) Настольное стекло. 3) Две платформы (плашки, одна — оклеенная мелкой шкуркой и другая — обитая жестью). 4) Три катка (круглые карандаши). 5) Динамометры (рис. 103 и 105). 6) Гири — две по 1 кГи две по 2 кГ. 7) Машинное масло. 8) Бечёвка.
Опыт имеет целью показать явление трения при различных условиях, т. е. провести изучение законов трения. При производстве опыта необходимо, во-первых, обратить особое внимание на приобретение навыка получать при тяге равномерное движение (§ 64, 3) и, во-вторых, тщательно следить за тем, чтобы направление тяги совпадало с направлением перемещения плашки.
1)	Положить доску трибометра на стол. Привязать к одной из плашек бечёвку; свободный конец бечёвки прикрепить к крючку динамометра (рис. 234). Экспериментатор должен расположиться сбоку стола.
2)	Поставив на плашку сперва гирю в 1 кГ, затем в 2 кГ, и, наконец, в 3 кГ, для этих трёх случаев (трение дерева по дереву) определить силы тяги. Выяснить, насколько полученные результаты соответствуют закону трения.
Чёрная жесть — тонкое листовое мягкое железо.
230
§ 33, 6
3)	Взять две плашки, сцепив их между собой, и показать для грузов по 1 кГ, а также по 2 кГ на каждой плашке, что силы тяги при этом окажутся одинаковыми по сравнению с применением одной плашки с нагрузками, соответственно равными 2 кГ и 4 кГ.
4)	Для нагрузки в 1 кГ или в 2 кГ измерить силы тяги для случаев трения: а) дерево по стеклу и по железу; б) железо по железу, сухому и смазанному маслом; в) шкурка по дереву и железу.
5)	Вычислить коэфициенты трения для различных случаев.
6)	Положить плашку с нагрузкой в 1—4 кГ на катки (два круглых карандаша) и измерить силу тяги.
7)	Обратить внимание на обеспечение видимости. Применить подставки. Взять вместо демонстрационного школьный динамометр (рис. 103) и выяснить, в чём недостатки и преимущества этого динамометра по сравнению с демонстрационным (рис. 105).
6.	Опыт II. Инерция.
Приборы и материалы:!) Тележка из набора «Конструктор» (рис. 93). 2) Автомобильный шарик. 3) Круглая картонная коробка или жестяная банка (с крышками). 4) Лист бумаги. 5) Песок. 6) Табуретка. 7) Полотенце. 8) Доска (Z=l м). 9) Деревянный брусок. 10) Рубанок. 11) Киянка.
Опыты служат для демонстрации инерции покоя и движения несколькими простейшими способами.
k 1) Взять рубанок и, ударяя киянкой (а не железным молотком) сначала сзади, а затем спереди, показать, какое смещение железки происходит при этом.
Рис. 237. Опыты по инерции с тележкой.
2)	Положить с одного края табуретки, поставленной на стол, полоску бумаги. На бумагу сначала поставить, а затем положить круглую коробку или банку, наполненную, примерно до половины, песком. Резким движением выдернуть бумагу так, чтобы банка осталась на том же самом месте. Достигнув успеха, опорожнить банку и повторить опыты.
3)	Положить на лист бумаги шарик от автомобильного подшипника, мяч или деревянный игрушечный шар, добиться, чтобы при
§ 33, 7; § 34, 1
231
выдёргивании бумаги шарик оставался на прежнем месте. Испытать такой приём: ударом пальца выбивать бумагу, держа её свободный конец в другой руке.
4	Поставить на постеленное на стол полотенце табуретку. Натягивая полотенце несколько вниз, резким движением выдернуть его из-под табуретки (рис. 2) так, чтобы она осталась на прежнем месте. Усложнить опыт, положив на табуретку шарик.
5)	Собрать тележку из деталей «Конструктор». Поставив на неё деревянный брусок, резким движением толкнуть тележку вперёд, добившись падения бруска (рис. 237). Затем дать тележке с поставленным на неё бруском скатиться с наклонной плоскости, заранее расположив на пути какое-нибудь препятствие (тяжёлую книгу, гирю и т. п., рис. 237). Добиться, чтобы при ударе о препятствие брусок опрокидывался вперёд.
6)	При производстве всех опытов обратить внимание на обеспечение видимости. Определить положение экспериментатора, при котором он не загораживает установки (рис. 44).
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме. Определить их целевую установку. Сделать зарисовку в тетради.
2)	Почему и в каком отношении опыт с измерением силы тяги посредством груза уступает способу с применением динамометра?
3)	Почему при изучении трения необходимо, чтобы направление силы тяги совпадало с направлением движения плашки?
4)	Какое значение при опытах по инерции имеет величина массы тела, состояние поверхности (гладкая, шероховатая) опирающегося и выдёргиваемого тела, величина поверхности опоры?
§ 34. Работа и энергия. Простые механизмы.
Методические указания — см. т. I, §§ 82—85. Изготовление приборов — см. т. III, § 35. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 38 и 39 и рис. 160—168.
1. Методические замечания. Демонстрации по вопросу о работе и мощности собственно отсутствуют, если не считать измерений этих величин. Однако, в целях наглядности и, главное конкретизации этих весьма сложных для понимания учащихся величин надо сопровождать объяснения определёнными манипуляциями, поднимая на высоту гирю и измеряя линейкой путь, протягивая медленно и затем быстро нагружённую тележку по столу посредством динамометра и производя измерения и т. п. (см. раздел 2). Как ни малозначащи могут показаться такие демонстрации, но они в значительной степени помогут получить правильные представления о работе и мощности. Тема «Энергия», наоборот, весьма богата демонстрациями по вопросу о её преобразовании из одного вида в другой.
Изучение простых механизмов производится на основании демонстрации их и измерения действующих и преобразуемых сил,
232
§ 34, 2—3
а также длин путей. Затруднений эти опыты по своей технике не представляют, но требуют тщательной и вдумчивой подготовки.
Для внеклассных занятий следует рекомендовать сборку самими учащимися из набора деталей «Конструктор» различных моделей машин и передаточных механизмов (рис. 92).
2. Обзор демонстраций по теме: «Работа и мощность». ^Подъём груза. Работу при подъёме груза по вертикальному направлению иллюстрируют, поднимая рукой посредством динамометра гирю вдоль демонстрационного метра. При подъёме по наклонной плоскости лучше всего воспользоваться сначала плашкой от трибометра (рис. 235), а затем нагружённой в такой же мере тележкой. Производя измерения силы тяги, выясняют вычислением разницу в совершённых работах (рис. 482). В конце изучения темы этот опыт послужит также для определения к. п. д. при подъёме груза по’наклонной плоскости, причём, кроме демонстрации, следует по этому вопросу поставить лабораторную работу (§ 64, 7).
2) Падение груза может быть использовано для совершения работы. Надо показать, что груз, привязанный к верёвке, перекинутой через блок, может привести в действие какую-нибудь машину (см. т. I, рис. 176). В качестве машин-орудий могут быть применены кофейная мельница, швейная машина, тележка.
3) Падение воды. Демонстрируют водяное наливное колесо (рис. 86) или турбину (рис. 87), заставляя их поднимать небольшую гирьку, привязанную к бечёвке, закручивающейся па валу колеса.
3. Обзор опытов по теме: «Превращение энергии». 1) Потенциальная энергия груза и воды —см. пункт 2 и 3 раздела 2 (рис. 86).
2)	Кинетическую энергию и её превращение в потенциальную показывают, приводя в действие турбину Пель-тона (рис. 87) и заставляя её поднимать гирю посредством закручивающейся на вал бечёвки.
3)	Маятник Максвелла — см. раздел 5.
4)	Превращение механической работы в теплоту — см. § 40 и рис. 287 и теплоты в работу — см. § 40 и рис. 288.
5)	Показывают превращение в теплоту: а) химической энергии, зажигая какую-нибудь горелку (рис. 127—129); Ь) электрической — накаливая электроплитку (рис. 130) или электрическую лампочку.
6)	Демонстрируют превращение электрической энергии в лучистую, «зажигая» неоновую лампочку (рис. 333); в механическую, приводя электромоторчик в действие от батареи (рис. 382).
§ 34, 4
гзз
7) Превращение механической энергии в
электрическую показывают, приводя во вращение электростатическую машину и получая от неё искру. То же можно показать, накаливая от магнето электрической машины лампочку (рис. 394).
4.	Обзор опытов по теме: «Простые механизмы». 1) Набор «Конструктор» (рис. 92 и 93) является иключительно ценным пос )бием в методическом отношении не столько для демон-
страций, сколько для самостоятельных работ учащихся в кружке. В состав набора входят: полосы, уголки, плиты, скобы, диски,
шкивы, ролики, колёса, зубчатые обода, рукоятки, валы и пр., из которых могут быть собраны посредством скрепления этих деталей болтиками самые разнообразные конструкции и действующие модели (рис. 92 и т. I, рис. 32).
2)	Рычаги. Рычаги работ —см. § 64, 2 и рис. демонстрационных рычагов
для лабораторных 476. Конструкции весьма разнообраз-
Рис. 238, I и II. Демонстрация с грузами простейших рычагов.
ны (см. Ф. Э., т. II, § 31). Наиболее простые демонстрации с рычагами, опирающимися на деревянную призму, показаны на рисунке 238. Для обеспечения лучшей видимости следует пользоваться рычагами, способными вращаться около оси, состоящей из гвоздя, вбитого в какую-либо подставку (риё. 239). Рычагами могут служить демонстрационные метры или деревянные брусочки длиной в 60—100 см и сечением в 6—8 мм X 25— 30 мм, с делениями, нанесёнными, как у демонстрационных шкал (§ 11). В рычаге просверливают три отверстия — одно точно посередине (в центре тяжести) и два других, отступя от краёв примерно на 1 см. Эти отверстия служат для надевания рычага на ось вращения, сделанную из гвоздя (без шляпки), вбитого в стойку рамы по механике. Для подвешивания грузов и зацепления динамометра в рычаге вдоль осевой линии ( по длине) просверливаются отверстия через 5 см, или, что более удобно, вбивают
Рис. 239, I и II. Демонстрация с грузами рычагов на раме по механике.
§ 34, 5
235
опытов с демонстрацион-
Рис. 240. Деталь устройства рычага и грузы для рычагов.
насквозь тонкие (драночные) гвозди без шляпок (рис. 240), чтобы они выдавались с обеих сторон. Лучше всего применять для подвешивания грузов петли из проволоки, что позволяет привесить груз (гири) в любом месте. Иногда пользуются специальными грузами (весом, примерно, в 50 У7) с крючками для сцепления их друг с другом и для подвешивания к петле (рис. 240).
Динамометры применяют демонстрационные (рис. 105). Для демонстраций рычага второго рода нужен динамометр, измеряющий силу нажима (рис. 241). Описание ными рычагами — см. раздел 6.
Кроме демонстраций для «установления» закона рычага, необходимо показать использование рычагов в различного типа инструментах, что обычно игнорируют, считая это общеизвестным. Следует показать (и притом в действии): кусачки, перерезающие проволоку; выдёргивание гвоздя клещами или молотком с гвоздодёрным приспособлением; резание жести и бумаги ножницами; раскалывание ореха щипцами и пр. Особенно эффектными становятся эти демонстрации, когда видимость обеспечивается теневым проектированием.
3)	Блоки. Для подвешивания на раме по механике (рис. 51) наиболее удобными являются блоки на струбцинке (рис. 242). Эти блоки обладают ещё тем достоинством, что имеют кон
ников, что позволяет посредством винта изменять величину трения в оси. Иногда неподвижные блоки укрепляют на рейке над демонстрационным столом (§ 6, 5 и 6). Тогда при демонстрации можно поднимать сравнительно значительные грузы. Подвижной блок лучше применять деревянный с обоймой из тонкого металла для получения наименьшего веса блока.
Для достижения наибольшего к. п. д. следует стремиться к получению наименьшего трения в осях блока, что в основном зависит от конструкции, от смазки, и, конечно, от содержания их в чистоте. Важное значение имеет также качество применяемых бечёвок. Бечёвки при достаточной крепости нужно брать кручёные, гибкие (от рыболовных жерлиц). Хороши также лески от спинингов или удочек. Описание демонстраций с блоками — см. раздел 7.
в качестве подшип-
5.	Опыт I. Маятник Максвелла.
Приборы и материалы:!) Маятник Максвелла (рис. 243). 2) Демонстрационный метр. 3) Рама по механике (рис. 51). 4) Экраны фона — чёрный и белый.
236
§ #4, 5
Маятник Максвелла служит для демонстрации преобразования механической энергии: потенциальной в кинетическую и обратно.
1)	Подвесить маятник к верхней перекладине рамы на петлях С и £, чтобы можно было легко изменять расстояние между точками подвеса (рис. 243).
2)	Взявшись за концы АВ оси маятника руками и вращая её,
Рис. 241. Динамометр
для измерения нажима.
закрутить на ней нити до возможно большего подъёма маятника наверх.
3)	Освободить ось из рук и предоставить маятнику возможность двигаться вниз, причём нити будут раскручиваться.
4)	Выяснить, как сказывается на успешности опыта наклон оси к горизонту и как должны быть расположены точки подвеса (нити параллельны или слегка сходятся кверху или расходятся). Найти из опытов оптимальные условия, при которых маятник без перекручивания нитей двигается вверх и вниз.
5)	Установить рядом демонстрационный метр для наблюдения высоты подъёма.
6)	Проверить видимость опыта. Применить экраны фона, выбрав наиболее подходящий.
£ 34, 6
237
Рис. 242. Блоки: неподвижный (I) на струбцинке и подвижной (II).
6.	Опыт II. Рычаги.
и 105) и нажимной (рис. 241).
Рис. 243. Маятник Максвелла.
Приборы и материалы: 1) Рама по механике (рис. 51). 2) Рычаг из линейки. 3) Набор грузов с крючками (рис. 240). 4) Демонстрационный динамометр— вытяжной (рис. 103	~	~	•
5)	Блок на струбцинке (рис. 242). 6) Два лабораторных штатива. 7) Экраны фона — белый и чёрный.
Опыты служат для демонстрации рычагов первого и второго родов с целью выяснения преобразования величины сил.
Устройство рычага —см. раздел 4.
1)	Надеть рычаг средним Отверстием на гвоздь, вбитый в стойку рамы (рис. 239, I). Надев на рычаг петли из прочной нити и беря грузы с отношением 1 : 2; 2:3 и 1 : 4, найти их положения на линейке при равновесии. На основании отсчётов величин плеч выяснить, насколько
получаемые результаты для каждого случая соответствуют закону моментов.
2)	Выяснить для одного из .случаев (например, 1 : 2), с какими грузами —наименьшими или наибольшими —получаются наилучшие результаты опыта.
3)	Проверить видимость опыта; применить экран фона.
4)	Собрать рычаг второго рода сначала с грузами (рис. 239, II) для различных отношений плеч. Произвести отсчёты и вычис-
Рис. 245. Демонстрация с динамометром рычага 2-го рода.
$ 34, 7
239
ления. Ось вращения для рычага второго рода взять на середин© бруска для исключения влияния веса рычага на результаты.
5)	Заменить груз, тянущий рычаг кверху (рис. 239, II), нажимным динамометром (рис. 241). Меняя положение груза, произвести отсчёты (плеч и сил) и вычисления.
6)	Применить вытяжной динамометр (рис. 103 и 105), как показано на рисунках 244 и 245. Произвести отсчёты и вычисления.
7)	На одном из случаев выяснить, как сказывается на правильности результатов вес взятых грузов и отношение плеч.
8)	Проверить видимость для одного из случаев; применить экран фона.
7.	Опыт III. Блоки.
Приборы и материалы: 1) Рама по механике (рис. 51). 2) Блоки — подвижной и два неподвижных на струбцинках (рис. 242). 3) Нить. 4) Полиспаст. 5) Гири — одна в2кГи две по 1 кГ. 6) Динамометры— школьный (рис. Юз) и вытяжной демонстрационный (рис. 105). 7) Два демонстрационных метра. 8) Две струбцинки. 9) Отвёртка. 10) Экраны фона— белый и чёрный.
Опыт имеет целью демонстрацию блоков и полиспаста и определение к. п. д. при пользовании этими механизмами. При опыте необходима тренировка с целью овладеть навыком производить равномерное перемещение груза.
Рис. 246, I и Ц. Установка для демонстрации блоков.
240
§ 34, 8; § 35, 1
1)	Укрепить неподвижный блок и, перекинув через него нить, подвесить на ней гирю в 1 кГ или большую. Свободный конец нити-Присоединить к динамометру (рис. 246, I). Меняя угол наклона нити относительно вертикали, показать, что величина силы, действующей на динамометр, остаётся неизменной (равной 1 кГ) при любом направлении нити.
2)	Укрепив с помощью струбцинок два демонстрационных метра и поднимая груз при посредстве блока, измерить величины: приложенной силы и длины путей перемещения гири и динамометра. Вычислить к. п. д.
3)	Увеличить трение в блоке (завёртывая для этого винт А у конусного подшипника (рис. 242, I). Выяснить, изменилась ли сила, необходимая для подъёма груза и к. п. д.
4)	Продемонстрировать равновесие двух гирь одинакового веса на неподвижном блоке.
5)	Проверить видимость опыта. Обратить внимание на такое расположение динамометра, метровых линеек и самого экспериментатора, при котором обеспечивается наибольшая простота отсчёта путей и величин силы. Применить экран фона.
6)	Определить подобным же образом к. п. д. при подъёме груза посредством подвижного блока (рис. 246, II). Показать уравновешивание гирь различного веса.
7)	Определить к. п. д. при подъёме груза посредством полиспаста.
8)	На одном из случаев выяснить, какой динамометр —школьный (рис. 103) или демонстрационный (рис. 105) — является наиболее удобным и обеспечивающим наибольшую наглядность.
8.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по темам. Определить их целевые установки. Сделать зарисовки опытов в тетради. *
2)	Какое значение может иметь масса маятника Максвелла и гибкость нитей, на которых он подвешен?
3)	С какими грузами (по величине — большими или меньшими) и с каким соотношением их величин результаты измерения окажутся наиболее близкими к ожидаемым по расчёту?
4)	Сравнить в методическом отношении различные, приведённые в разделе 6 демонстрации с рычагами.
Глава восьмая,
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ ПО ТЕПЛОТЕ.
§ 35.	Нагреватели и посуда.
1.	Источники теплоты. Демонстрации по теплоте обладают своеобразием по своей технике, вследствие применения в них нагревания тел тем или иным способом. В основном приходится использовать источники теплоты в виде разного рода горелок, они-
$ 35, 2
241
санных в § 18, 1—6. Для демонстрационного эксперимента при подогревах значительных масс наилучшим источником является электрическая плитка (рис. 130), а при отсутствии тока и газа — примус (рис. 128). Однако во многих случаях наиболее удобно применять для нагревания спиртовую лампочку.
2.	Посуда и правила пользования ею. Для нагревания жидкостей служит специальная стеклянная посуда, носящая название химической (колбы, реторты, химические стаканы, пробирки). Для этой посуды характерны тонкие стенки, не трескающиеся даже при сравнительно быстром изменении их температуры.Химическая посуда весьма непрочна и легко бьётся, поэтому во всех тех случаях, когда это не вызвано условиями опыта, рационально применять металлические кастрюли (железные, эмалированные, алюминиевые и т. п.), а то и жестяные консервные банки и бидончики.
При всякого рода нагревании воды, а также при пользовании химической посудой следует соблюдать:
Правила пользования посудой.
I.	Для сокращения времени подготовки опыта на уроке следует заранее во время перемены нагреть воду в кастрюльке, электрическом чайнике и т. п. или непосредственно в той же посуде, которая применяется для опыта.
II.	При нагревании воды в колбах и химических стаканах на спиртовке, а тем более на примусе и газовой горелке совершенно необходимо между пламенем и дном сосуда помещать железную асбестированную сетку (рис. 49). При отсутствии сетки посуда может лопнуть вследствие неравномерного нагревания её отдельных частей.
III.	Нагревание воды в химических стаканах можно производить, ставя их на сетку, положенную на таган (рис. 49); при пользовании колбами рекомендуется брать лабораторный штатив и во избежание опрокидывания колбы при неосторожном движении слегка закреплять горлышко посредством лапки (рис. 50).
IV.	При нагревании пробирок в обволакивающем их пламени, например, при демонстрации плохой теплопроводности воды (рис. 271), надо следить за тем, чтобы пламя не касалось участков, расположенных выше поверхности воды. При несоблюдении этого условия капли воды, стекающие после конденсации вдоль стенок, попадают на раска-
16 Е. Н. Горячкин
242
§ 35. 3
ленный участок стекла и заставляют его треснуть. Подобное явление часто наблюдается у колб при нагревании их с небольшим количеством воды без применения сетки.
V.	На рисунке 247 показаны неправильное и правильное расположения пламени относительно сетки и подогреваемого предмета. Сетку следует располагать так, чтобы она находилась примерно на высоте 2/3 по сравнению с величиной нормального пламени.
Рис. 247. Неправильное (I) и правильное (II) положения пламени спиртовки.
3.	Нагревание и кипячение в толстостенной стеклянной посуде.
I.	В некоторых случаях (см. §39, 7 и рис. 285) надо иметь горячую воду в стеклянных крупных сосудах и бутылках. Такая посуда и бутылки обычно имеют толстые стенки и поэтому при наливании в них кипятка могут лопнуть. Во избежание этого поступают так. Наливают в бутылку или сосуд очень немного горячей (50°—60°) воды и «ополаскивают» для прогревания стенок. Затем, вылив воду, вновь наливают уже большее количество горячей воды и, взбалтывая, прогревают ещё сильнее стенки посуды. После нескольких таких операций в посуду можно будет налить горячей воды в достаточном количестве.
II.	Воду в бутылках можно нагреть, хотя бы до кипения, поместив их в большую кастрюлю с холодной водой, клторую затем нагревают до кипения на примусе.
§ 36, 1
243
III.	В стеклянных банках или других сосудах с широким горлом воду можно нагреть, опустив в неё электрический нагреватель «минутка» (рис. 131). Однако этот нагреватель надо подвесить так, чтобы он находился близ дна, но не касался его и расположился примерно на одинаковом расстоянии от стенок сосуда.
IV.	При подогревании воды и воздуха в трубках, например, для демонстрации явлений конвекции в жидкостях и газах (рис. 273 и 274), нельзя оставлять пламя неподвижным; необходимо несколько перемещать его взад и вперёд вдоль посуды и тем самым распространить нагревание на некоторый участок.
Об уходе за посудой и в частности мытье её — см. т. Ill, § 25.
§ 36. Расширение тел от нагревания.
Методические указания — см. т. I, § 71.
Изготовление приборов — см. т. III, § 36.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 49 и рис. 205—213.
Рис. 248. Различное сжатие жидкостей при охлаждении.
1.	Обзор опытов по теме: «Расширение жидкостей и газов. Термометр».' 1) Расширение жидкости. Демонстрация может быть осуществлена двумя способами, как это описано в разделе 3. Весьма поучителен опыт, показывающий, что жидкость, нагретая примерно до 100°, при своём охлаждении до комнатной температуры претерпевает сравнительно значительное изменение объёма. Для этого заранее нагревают в большой кастрюле с водой бутылку из-под водки (в х/2 л или лучше в 1 л), наполненную водой. Бутылку переносят на демонстрационный стол и обращают внимание учащихся, что она заполнена до самого верха. Через час-два уровень воды понизится в горлышке на
1,5—2,5 см. Если нагреть подобным же образом вторую бутылку с керосином, то при охлаждении обнаружится ещё более значительное уменьшение объёма, чем у воды (рис. 248). Таким обра-16*

£ 36, 2
ЛеЪ
зом можно показать, что различные жидкости расширяются неодинаково.
2)	Особенности расширения воды. Наблюдение особенностей расширения воды требует сравнительно длительного времени и притом условий лаборатории, а не аудитории, почему демонстрации этого явления обычно бывают неудовлетворительными. Наиболее просто показать особенности расширения воды при помощи водяного термометра, но этот прибор у нас не изготавливался (рис. 249). Косвенным образом явление «демонстрируется» посредством высокого сосуда с двумя термометрами, наполненного водой; окружающее среднюю часть жестяное круглое корытце заполняется охлаждающей смесью льда и поваренной соли (рис. 250). Через некоторое время нижний термометр станет показывать температуру около -|- 4Э, верхний — более низкую (около 0°).
3)	Термометр. Прибор, служащий для демонстрации расширения воды при нагревании, является моделью термометра (рис. 254,11). Для демонстрации весьма полезен спиртовой термометр крупного размера, употребляемый для измерения температуры наружного воздуха (рис. 107).
4)	Расширение
Рис. 249. газов показывается од-
Водяной и ним из двух способов, из- Рис. 250. Прибор для «де-ртутный ложенных в разделе 4 монстрации» наибольшей термометры. (рис 255)	плотности воды.
2.	Обзор опытов по теме: «Расширение твёрдых тел от нагревания». Увеличение длины при нагревании твёрдого тела оказывается настолько незначительным, что его нельзя непосредственно обнаружить простым глазом, и приходится прибегать к некоторым косвенным способам, к числу которых относятся:
1)	Рычаг. Расширяющийся стержень при своём удлинении воздействует на конец короткого плеча рычага. Тогда перемещение конца длинного плеча АА} получается во столько же раз больше, чем удлинение ВВ}, во сколько раз длинное плечо больше короткого (рис. 251, I). На рисунке 251 показаны некоторые слу-
§ 36, 2
245
чаи применения рычага для обнаружения удлинения стержня D. Такое применение рычага используется в многочисленных типах приборов. В распространённом в школах пирометре Главучтех-прома применяется двойной рычаг (рис. 256, I и II).
Рис. 251. Различные способы обнаружения удлинения стержней.
D — удлиняющиеся стержни; F — пружина; С — каток, соединённый со стрепкой Е; Д’ — призма, входящая в вырез L удлиняющегося стержня и соединённая со стрелкой.
2)	Калибр. Нагреванием производится изменение размеров или одного калибра, или одного тела, подобранного соответственно калибру до его нагревания. Тогда после нагревания или охлаждения	/	//
обнаруживается нарушение равенства размеров калибра и тела. Этот способ находит себе применение: в простейшем опыте с пятачком, калибрируемым с помощью двух булавок, вколотых в дощечку; в приборе Гравезанда (рис. 252); при использовании подковы в ка-
Рис. 252. Кольцо Гравезанда.
честве калибра и т. п.
3)	Изгиб. При неравномерном нагревании плохо проводящих
246
$ Зв, %
теплоту стержней возникает изгиб, что позволяет заключить об удлинении при нагревании и сжатии при охлаждении. Два стержня из различных материалов, склёпанные друг с другом, при нагрева-
нии и при охлаждении изгибаются
Рис. 253. Прибор Тиндаля для демонстрации излома чугунного стержня при термическом сжатии.
(рис. 257). Этот способ находит себе применение главным образом для сравнения расширения различных веществ.
4) Разрушение. Как при расширении, так и при сжатии, вследствие изменения температуры, возникают огромные силы, если препятствовать этим изменениям длины. В приборе Тиндаля сжатие охлаждаемого железного бруска В обнаруживается посредством разруше-
ния чугунного стерженька D (рис. 253). Этот нагретый брусок В вкладывается в станину А А и «натягивается» посредством гайки С с рукояткой.
5) П р о в е с. В достаточно длинных (Р/2 —2 м) проволоках,
подвешенных за их концы
горизонтально, при сильном нагревании образуется заметный провес. Проволоку обычно нагревают электрическим током. Для обеспечения видимости к проволоке подвешиваются на крючках бумажные флажки (§ 11, 3, рис. 43). После выключения тока и охлаждения проволоки провес исчезает.
Опыт с прибором Гра-везанда сводится к показу, что шарик, проходящий сквозь кольцо, после своего нагревания становится неспособным к прохождению (рис. 252). В методическом отношении этот опыт уступает демонстрации с пирометром (рис. 256), с которым обнаруживается именно ко демонстрация кольца
Рис. 254, I и II. Приборы для демонстрации расширения жидкости.
линейное расширение тела. Одна-Гравезанда оказывается весьма по-
§ Зв, 3—4
2\7
лезной, когда возникает вопрос о том, как изменяется просвет (диаметр отверстия) в кольце при надевании и охлаждении.
Сравнение расширения различных веществ —см. в разделе 6.
3; Опыт 1. Расширение жидкости при нагревании.
Приборы и материалы: 1) Колба ёмкостью в 500— 1000 см 3. 2) Стакан с водой 3) Упрошенный прибор для расширения газа (рис. 255). 4) Спиртовка. 5) Просвечивающий экран.
Существуют два способа для демонстрации расширения жидкостей при нагревании.
1-й способ. 1) Колбу, укреплённую наклонно в штативе, заполнить подкрашенной водой до возможного предела. Подогревание воды в колбе производить, нагревая её на спиртовке и передвигая пламя для получения равномерного надевания (рис. 254, I). Можно также осторожно погрузить шарообразную часть колбы в сосуд с горячей водой. Образующийся излишек воды и выливающийся из колбы каплями собрать в стаканчик.
2)	Проверить обеспечение видимости; применить просвечивающий экран.
2-й способ. 1) Заполненную подкрашенной водой колбу плотно закрыть резиновой пробкой с пропущенной сквозь неё стеклянной трубкой. В колбе под пробкой не должно оставаться воздуха; часть жидкости будет вытеснена в трубку (рис. 254, И). Добиться, чтобы уровень жидкости в трубке стоял выше пробки на 2—3 см. Уровень воды отметить при помощи надетого патрубку резинового колечка или полоски картона, подвязанной сзади трубки. Сделать на картоне отметку уровня краской или чернилами.
2)	Опустить колбу в сосуд, заполненный горячей водой, и показать, что уровень воды в трубке поднимается па некоторую высоту.
3)	Для обеспечения лучшей видимости и в том случае, когда начальный уровень отмечен резиновым колечком, показать опыт на фоне просвечивающего экрана. При использовании картонной полоски для отметки уровня жидкость требует столь интенсивной окраски, чтобы её уровень в трубке оказался ясно видимым.
4.	Опыт II. Расширение газа при нагревании.
Приборы и материалы: 1) Колба ёмкостью в 300— 500 см3. 2) Лабораторный штатив. 3) Подкрашенная вода. 4) Модель воздушного термометра (рис 255. II). 5) Спиртовка. 6) Сосуде горячей водой. 7) Стакан. 8) Просвечивающий экран.
Для демонстрации расширения газа существуют два способа, подобные описанным для расширения жидкости (см. раздел 3).
1-й способ. 1) Взять колбу и, расположив наклонно её,
248
§ Зв, 5
эффект, если положить на
Рис. 255, I и II. Приборы для демонстрации расширения газов.
как указано на рисунке 255, I, погрузить горлышком в стакан с водой. Наблюдать, как при нагревании шарообразной части рукой расширяющийся газ станет выходить через воду пузырьками.
2) Для улучшения видимости применить просвечивающий экран. Повторить опыт, добиваясь, чтобы получался надлежащий колбу даже одну руку.
3) Сравнить полученный результат с эффектом при подогревании газа на спиртовке.
2-й способ. 1) Из колбы, пробки и стеклянной трубки собрать прибор, показанный на рисунке 255, II.
В колбу налить некоторое количество подкрашенной воды, примерно на высоту 3— считая от дна сосуда. Колбу закрыть пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка. Трубку взять такой длины, чтобы она доходила до дна колбы и, кроме того, выступала над пробкой на высоту 20—30 см. Желательно для прибора вместо обыкновенной трубки взять химическую воронку, тогда при излишнем нагревании вытесняемая жидкость не станет выливаться через отверстие в трубке, а будет собираться в воронке.
2) Подогреть воздух в колбе, приложив к ней руку, и показать, что уровень жидкости поднимается вверх по трубке.
3) Проверить, насколько обеспечивается видимость; применить просвечивающий экран.
5. Опыт III. Удлинение при нагревании.
Приборы и материалы:!) Пирометр (рис. 256). 2) Спиртовка. 3) Денатурированный спирт. 4) Вата. 5) Масштабная линейка. 6) Экраны фона (§ 11, 7).
Удлинение при нагревании в пирометре Главучтехпрома обнаруживается при помощи двойного рычага (рис. 256, I и II). Для сравнения расширения различных веществ к прибору приложены два или три стержня, сделанных обычно из железа, меди и латуни. Однако, при помощи пирометра это сравнение произвести нельзя, так как нагревать стержни до одинаковой температуры не пред-
г зв, 5
249
Рис. 256, I и II. Устройство двойного рычага пирометра.
ставляется возможным. Упрощенный прибор, нужный для сравнения с пирометром, может быть взят любой (Ст. уч., часть 1, рис. 173).
1)	Взять один из стержней, прилагаемых к пирометру (рис. 256), и вложить его в корпус между установочным винтом А и рычагом В. Вращая установочный вйнт, добиться, чтобы конец стрелки С показывал на нуль шкалы.
2)	Разобраться по схеме, данной на рисунке 256,1 и II, и на самом приборе в устройстве и действии рычагов. Произведя соответствующие измерения, выяснить, во сколько раз отклонение стрелки по шкале превосходит действительное удлинение стержня.
3)	Положить в жестяное корытце небольшое количество
ваты, смочив её денатурированным спиртом, зажечь. Наблюдать отклонение стрелки. Повторить опыт, взяв стержень из иного материала.
Рис. 256, III. Пирометр.
250
£ Зв, 6
4)	Продемонстрировать опыт с упрощенным прибором (рис. 330).
5)	Проверить видимость опытов; применить экраны фона.
6; Опыт IV. Биметалл.
Приборы и материалы: 1) Полоски из меди и железа, склёпанные между собой (рис. 257, I). 2) Спиртовка. 3) Подставка или штатив. 4) Гиря в 1—2 кГ. 5) Экраны фона (рис. 56).
Для обнаружения, что стержни из разнородных веществ при одинаковом изменении температуры изменяют свою длину различным образом, служат две склёпанные между собой полоски —
Рис. 257, I. Биметаллическая полоска.
Латунь
Железо
Рис. 257, II. Прибор с биметаллической полоской 4, изгибы которой демонстрируются при помощи стрелки В.
одна из латуни или меди и другая из железа, продаваемых отдельно или оформленных в виде прибора (рис. 257, 1 и 11). Опыт с этими полосками объясняет также, почему полоска из биметалла изгибается при нагревании.
1)	Укрепить один конец этих полосок в лапке штатива или иным способом так, чтобы полоски оказались расположенными
$ Зв, 7; £ 37, 1
251
горизонтально. Отметить посредством какого-либо указателя положение свободного конца.
2)	Нагреть полоски на спиртовке, проводя по ним пламенем взад и вперёд. Наблюдать изгиб полосок.
3)	Принять меры к увеличению демонстративности опыта, применив шкалу и сделав на свободном конце полосок насадку в виде «стрелки». Выяснить надобность в применении экранов фона.
4; Воспользоваться прибором, показанным на рисунке 257, 11.
7. Вопросы к отчёту студента:
1)	Выяснить целевую установку проделанных опытов. Сделать зарисовки.
2)	Сравнить в методическом отношении варианты опытов: «расширение жидких и газообразных тел» (рис. 254 и 255). Нужно ли оба варианта демонстрировать в классе?
3)	Трубку какого диаметра (большего или меньшего) следует брать для опытов (рис. 254, И и 255, II)?
4)	Почему в первый момент погружения колбы в горячую воду уровень воды в трубке понижается (рис. 254, И)? Для демонстрации на какую тему может служить это явление?
5)	Колбы какой ёмкости следует брать в опытах (рис. 254 и 255) для большей наглядности, а также для более быстрого получения результата?
6)	Имеет ли значение угол наклона колбы в опытах (рис. 254 и 255)?
7)	Почему колбы в опытах (рис. 254 и 255)г нельзя заменить бутылками?
8)	Какие опыты на расширение жидкостей и газов следует рекомендовать учащимся для постановки в домашних условиях?
9)	Какой стороной кверху — медной или железной — надо расположить полоски, чтобы при нагревании изгиб происходил тоже вверх (рис. 257, I)?
10)	Почему рекомендуется полоски укрепить горизонтально, а не вертикально или под углом (рис. 257)?
И)	Как изогнутся полоски (рис. 257) при охлаждении и как обнаружить это на опыте? (См. т. I, рис. 154.)
12)	Какое дополнение должно быть внесено в опыт (рис. 257) с целью демонстрации принципа самодействующего электрического сигнала о пожаре?
13)	Почему полоски берутся склёпанными между собой, а не спаянными?
§ 37. Передача теплоты.
Методические указания — см. т. I, § 72.
Изготовление приборов —см. т. III, § 37.
Рисунки по теме —см. т. IV, § 51 и рис. 214—226.
1. Методические замечания. Эксперимент по теме «Передача теплоты» чрезвычайно разнообразен и многочисленен, что позволяет эти вопросы при их изложении превратить для учащихся в одну из увлекательнейших глав физики. Нет никакой надобности загромождать уроки экспериментом; ряд опытов надо отнести к кружковой работе, в частности для вечеров занимательной физики, часть же поручить учащимся проделать дома самостоятельно.
252
$ 37, 2
Рис. 258. Различные способы обнаружения нагревания.
2. Обзор опытов по теме: «Теплопроводность». 1) Теплопроводность твёрдых тел. В опытах обычно изучается не теплопроводность какого-либо одного вещества, а сравниваются теплопроводности нескольких веществ.
При опытах для обнаружения повышения температуры тела до некоторого предела приходится прибегать к следующим способам:
а)	Теплочувствительная окраска. Некоторые химические соединения, в том числе комплексная соль (Ag2HgJ4), т. е. соединение йодистого серебра (AgJ) и иодной ртути (HgJ2), обладают тем замечательным свойством, что при повышении температуры изменяют своё молекулярное строение, в результате чего происходит изменение окраски. При последующем охлаждении вещество восстанавливается в своём прежнем составе и вновь принимает окраску, существовавшую до опыта. Так, упомянутая соль, имеющая при обычной комнатной температуре ли монно жёлтый цгет, при температурах, больших 35э, принимает яркокрасную окраску. Если тело, окрашенное такой краской, изменяет свой
цвет, из жёлтого становясь красным, то это явление указывает на нагревание тела свыше 35° (рис. 258, I).
б)	Плавление. Нагревание тела выше некоторых температур может быть обнаружено при помощи плавления определённых веществ, покрывающих поверхность тела. Такими веществами являются воск, парафин, специальные сплавы и т. п. Когда при распространении теплоты от места нагрева А температура частей тела постепенно доходит до точки плавления вещества, покрывающего поверхность, это вещество плавится и стекает (рис. 258, II). По обнажению поверхности тела можно судить о распространении теплоты. Тот же эффект обнаруживается по отпа^ дению восковых шариков (рис. 258, III) или спичек, прикреплённых воском (рис. 258, IV).
в)	Термоскоп. Для материалов, из которых нельзя по тем или иным причинам изготовить стержней (вата, войлок, резина и т. п.), или же изготовленные стержни нельзя приводить в непосредственное соприкосновение с горячей водой или пламенем, теплопроводность обнаруживается при помощи термоскопа (рис. 269). Для этого между дном сосуда с горячей водой и приёмником термоскопа помещают исследуемую пластинку.
$ 37, 2
253
г)	Ощущение. Оценка по ощущению уместна и применима лишь при опытах учащихся в их бытовых условиях (нагрев проволок железной и медной и т. п.; см. Ц и н г е р, рис. 220).
При демонстрациях теплопроводности наибольшая наглядность достигается при применении теплочувствительных красок; однако, соответствующие приборы не выпускаются нашей промышленностью. Поэтому приходится чаще всего прибегать к использованию второго способа — к плавлению легкоплавких веществ. На рисунке 259 показаны различные приборы для наблюдения яв-
Рис. 259. Приборы для сравнения теплопроводности металлических стержней.
ления теплопроводности и для сравнения теплопроводности различных веществ. В этих приборах производится нагревание конца одного стержня или нескольких стержней при помощи горячей воды. Слой воска, покрывающий поверхность этих стержней, постепенно плавится, показывая, что теплота постепенно распространяется от места нагревания. В приборе, описанном уЦинге-р а (рис. 259, II), расплавляющийся парафин позволяет надетым на стержень металлическим кольцам В сползать вниз (рис. 258, V). Таким образом, наличие колец обеспечивает много лучшую видимость по сравнению с теми случаями, когда нагревание обнаруживается лишь одним плавлением и стеканием воска со стержней. Достаточно хорошую демонстрационность обеспечивает способ, описанный в разделе 6.
К числу интересных опытов, объясняющихся явлениями теплопроводности, относится демонстрация неравномерного обугливания бумаги, окутывающей поверхность тела, неоднородную по своей теплопроводности, например, кнопки и буквы от галош на деревянном брусочке (рис. 260). Подобным же образом объясняется опыт с кипячением воды в бумажной коробке (рис. 261).
Действие лампы Дэви — см. раздел 8.
254
§ 37, 3
2) Теплопроводность жидкостей и газов. Передача теплоты в жидкостях и газах совершается двумя способами: теплопроводностью и конвекцией. Поэтому для демонстрации теплопроводности следует создать условия, исключающие конвекцию, что сильно усложняет задачу при пользовании в сущности теми примитивными способами, которые доступны школе.
Рис. 260. Неравномерное обугливание бумаги на поверхности металла и дерева.
Рис. 261. Кипячение воды в бумажной коробке.
Таким образом, приходится ограничиться демонстрацией, что вода плохо проводит теплоту (см. раздел 7), отказываясь от той же задачи по отношению к воздуху.
3. Обзор опытов по теме: «Конвекция в жидкостях». ^Конвекция. Циркуляционные течения в жидкостях обнаруживают, нагревая сосуд сбоку или снизу на возможно меньшей площади. При этом в жидкость вводят частицы твёрдых тел, взвешенных в ней (опилки, обрезки бумаги и т. п.; см. Ц и н ге р, рис. 221), или чаще всего подкрашивают слой жидкости, прилегающей к месту нагревания. Подкрашивание воды проще всего произвести марганцовокислым калием, бросив несколько крупинок, которые опустятся на дно. Однако, следует предотвратить окрашивания верхней части жидкости, так как по причине своей лёгкой растворимости крупинки марганцовокислого калия во время падения сквозь воду несколько окрасят её. Во избежание этого в сосуд с водой опускают доходящую до дна стеклянную трубку, в которую опускают кристаллики марганцовокислого калия. При
§ 37, 4
255
Рис. 262. Модель водяного отопления.
этом вода внутри трубки окажется окрашенной. Эту подкрашенную воду легко удалить, плотно зажав пальцем верхнее отверстие трубки и вынув её затем из сосуда (рис. 273, I). Через короткое время кристаллы марганцовокислого калия растворятся, придав нижнему слою воды интенсивную окраску.
При нагревании сосуда на возможно меньшем по своим размерам пламени (ёлочная свечка) станет ясно виден окрашенный столб воды, поднимающийся кверху (рис. 273, 11).
Демонстрацию конвекции проще всего провести при помощи четырёхугольной трубки (рис. 273, 111 и IV), но вследствие искусственной формы подобного сосуда опыт не безупречен в методическом отношении.
2) Модель водяного отопления показана на рисунке 262. Следует предостеречь от встречающейся почти у всех авторов ошибки, состоящей во включении верхнего сосуда А непосредственно в циркуляционную цепь. Наоборот, в установках отопления бак, носящий название расширительного, соединяют с циркуляционными трубами посредством тонкой трубки, к тому же изогнутой, чтобы затруднить проникновение в бак горячей воды и 24).
4.	Обзор опытов по теме: «Конвекция в газах». Для демонстрации конвекции в газах могут быть использованы следующие способы:
а)	Непосредственное наблюдение. При использовании теневого проектирования восходящие и нисходящие токи воздуха достаточно ясно видны. Этот способ заслуживает самой горячей рекомендации. Соответствующие опыты описаны в § 24 (рис. 149).
б)	Вертушки. Сравнительно сильные воздушные токи в воздухе обнаруживаются при помощи вертушек. Конструкции вертушек весьма разнообразны; из них, как наиболее чувствительные, заслуживают внимания изображённые на рисунке 263 и отличающиеся к тому же простотой своего изготовления. Вертушки — змейка и мельничка приходят во вращение в токе воз-
(см. т. IV, § 8 и рис. 1, 23
256
£ 37, 4
духа, создаваемого керосиновой лампой, спиртовкой, а тем более примусом. Вертушка типа детской игрушки на сси из булавки
Рис. 263. Различного типа вертушки.
более чувствительна, чем указанные, и уверенно работает, помещённая около открытой форточки, душника, около зеркала горячей голландской <	печи и т. п. Опыты с та
Рис. 264. Опыты с папиросой и с ламповым
стеклом.
кой вертушкой — см. в разделе 10. Наиболее же чувствительной является простейшая вертушка, вращающаяся от воздушного потока, возникающего от теплоты человеческой руки (рис. 263, IV). Такую вертушку можно сделать из папиросной бумаги (квадратной формы и согнутой по диагоналям). Её опирают на остриё иглы, воткнутой в пробку.
в)	Применение дыма. Благодаря при-
сутствию дыма токи
воздуха становятся ясно видимыми (рис. 274). Дым, поднимающийся от горящей папиросы, служит для простейшей демон
? 37, 5
257
страции восходящего тока воздуха (рис. 264, I). Огарок свечки, помещённый внутри лампового стекла, не гаснет, если верхнюю часть стекла разделить надвое жестяной пластинкой (рис. 264, II). Дым из дымаря (§ 12,10 и рис. 60), втягиваясь через одну из половин, станет выходить через другую, указывая таким образом путь возникающего потока воздуха. Применение дыма для обнаружения конвекции — см. в разделе 11.
г)	Летающий воздушный шар. К детскому воздушному шару, надутому светильным газом или водородом,
Рис. 265. Зеркала Пикте.
привязывают небольшую бумажку, у которой ножницами отстригают кусок за кусочком до тех пор, пока шар не окажется уравновешенным в воздухе. Такой шарик зимой в комнате с хорошо вытопленной печью совершает движение по замкнутому пути в воздушных токах воздуха (см. т. I, рис. 161).
дУ Смещение пламени применяется в общеизвестном опыте со щелью в слегка приоткрытой двери, ведущей из тёплого помещения в холодное (см. Ц и н г е р, рис. 227).
5.	Обзор опытов по теме: «Лучеиспускание и поглощение». Демонстрации по данной теме могут быть разделены по типу применяемых приборов на две группы: а) опыты с зеркалами Пикте (рис. 265) и б) опыты с к у б о м Леслии термоскопом (рис. 268 и 269). Применение зеркал Пикте на данном этапе иногда встречает справедливое возражение, что пользование ими 17 Е. Н. Горячкин
258
§ 37, 5
заставляет преподавателя несколько уклоняться в сторону от изложения основного вопроса с целью объяснения действия зеркал. Однако, опыты с зеркалами Пикте настолько выразительны, что, несмотря на указанное осложнение, их надо горячо рекомендовать. Демонстрации в классе с кубом Лесли и термоскопом производят на учащихся слабое впечатление, а до некоторых из них
не доходят вовсе.
1) Сравнение лучей ными поверхностями
пускания р а зл и ч -без применения термоскопа можно провести, производя наблюдения над падением температуры при остывании горячей воды в двух совершенно одинаковых сосудах с раз
Рис. 266. Отражательная электрическая печь.
личными наружными поверхностями. Так как подобных сосудов в продаже нет, то применяют две одинаковые колбы, одну—высеребренную и другую—слегка закопчённую. Примерно через пять минут после начала опыта термометры обнаружат разницу температур в воде, имевшей в начале опыта около 100°.
2) Источники излучения. Источниками излучения для зеркал Пикте могут служить электрические лампочки с «точечным» накалённым телом (§ 13, 9—11 и рис. 71) на 12 V и 50 W и на 120 V и 300—500 W. Не исключена возможность применения обычных лампочек мощностью в 300 или 500 W. Для зеркал применяют также нагретую чугунную гирю в 1—5 кг.
Прекрасные результаты получаются с электрической отражательной печью (рис. 266). Применение её тем более интересно, что излучаемая ею энергия состоит главным образом из инфра
§ 37, 5
259
лучепоглоще-влиянием поглощённых им лучей
ли/imoe
Рис. 267, I. Прибор с теплочувствительной окраской для обнаружения лучепог лощения.
Красное
красных (невидимых) лучей. Кроме того, температуру её накалённого тела легко изменять при помощи реостата, например, лампового (рис. 308), и, таким образом, провести хотя бы один опыт при отсутствии видимых излучений. В случае применения термоскопа источником излучения служит куб Лесли — сосуд кубической формы, у которого поверхности граней сделаны различными (матовые — белая и чёрная, а также полированные — металлическая и чёрная) (рис. 268). Куб нагревается налитой в него горячей водой, реже пропусканием водяного пара.
Электрическая плитка (рис. 130) может также служить излучателем: получить же от неё с помощью зеркала параллельный пучок лучей не удаётся.
3) Способы обнаружения ния. Нагревание тела под может быть обнаружено различными способами:
а)	Ощущение. «На-ощупь» можно судить о нагревании тела или сравнить между собой нагревание двух тел. Однако, этот способ допустим для индивидуальных наблюдений и поэтому может быть рекомендован учащимся для их опытов дома.
б)	Воспламенение. В фокусе сходящегося интенсивного пучка инфракрасных Жгучей легко возгораются пироксилиновая вата, киноплёнка и другие легко воспламеняющиеся вещества. Это явление возникает также в фокусе конденсора проекционного фонаря с вольтовой дугой или кинопроекционной лампой на 12 V, 50 W, а тем более на 120 V, 300 W (рис. 71). То же наблюдается в описанном далее опыте с зеркалами Пикте.
в)	Теплочувствительная краска (см. раздел 2) применима для обнаружения нагревания при лучепогло-щении в пучках лучей от отражательной печи, проекционного фонаря, зеркала Пикте. Наибольшего внимания заслуживает прибор, в основном состоящий из тонкой металлической отполированной пластинки с нанесёнными на неё чёрной краской концентрическими кольцами (рис. 267, I). Другая сторона пластинки покрыта теплочувствительной краской. При нагревании в лучах на этой стороне под чёрными кольцами краска принимает красный цвет, оставаясь жёлтой под блестящими.
г)	Радиометр Крукса (рис. 267, II), обнаруживающий вращением «мельнички» тепловой эффект при лучепоглоще-нии, применим при внеклассных занятиях, так как требует объ-17*
260
§ 37, 5
яснений своего устройства со стороны преподавателя, кстати сказать мало доступных для понимания учащимися 6 класса.
д)	Термоскоп состоит из теплоприёмника А (плоской металлической коробки, реже шарика), внутреннее пространство
которого, заполненное воздухом, сообщается посредством резиновой трубки с водяным манометром (рис. 268 и 269). Основания коробочки на своей поверхности делаются различными (белая, чёрная, блестящая) для сравнения лу-чепоглощающей способности. При нагревании в результате лучепо-глощения давление воздуха, заполняющего манометр, возрастает и вызывает соответствующее показание манометра. Манометр к теплоприёмнику может
Рис. 267, II. Радиометр. быть взят обычного устройства (рис. 171 и 268). Для опытов с лучеиспусканием и поглощением особенно удобен двойной тер-
москоп, состоящий из двух теплоприёмников и двух манометров, смонтированных на общей угловой панели (рис. 268).
Рис. 268. Термоскоп двойной (II) и куб Лесли (I).
Рис. 269. Термоскоп с наклонным манометром.
Главучтехпром выпускает термоскоп с наклонным манометром (рис. 269). Манометр состоит из низкого, но сравнительно широкого сосуда, соединённого со стеклянной трубкой, которую
§ 37, 6—7
261
можно располагать вертикально или наклонно. Пространство над жидкостью в широком сосуде заполнено воздухом и соединено посредством резинового шланга с теплоприёмником. При нагревании воздуха в теплоприёмнике уровень жидкости в манометре поднимется на ту или иную высоту. Так как при лучепогло-щении нагревание может быть весьма слабым, то смещение уровня по вертикали окажется незначительным. Однако, если манометрическую трубку установить наклонно, то величина смещения по её длине будет тем больше, чем более отлого расположена трубка.
4)	Экранирование инфракрасных лучей производится посредством стеклянной пластинки или сосуда с водой; экранирование видимой части спектра — плоско-параллельным сосудом с раствором иода в сероуглероде (см. брошюру Главучтехпрома «Проекционная скамья»).
6.	Опыт I. Сравнение теплопроводности металлов.
Приборы и материалы: 1) Упрощенный прибор (рис. 3). 2) Прибор Главучтехпрома (рис. 270). 3) Корытце с парафином или воском. 4) Таган. 5) Лабораторный штатив. 6) Спиртовка. 7) Экраны фона — чёрный и белый.
Простейший прибор для наблюдения и сравнения теплопроводности различных металлов состоит из двух Г-образных проволок (медь и железо или латунь и железо), укреплённых в деревянной рукоятке (рис. 3). Прибор, выпускаемый Главучтехпро-мом для тех же целей, содержит три стержня (из меди, латуни и железа), соединённых вместе под углами в 120° (рис. 270). Для обнаружения нагревания при распространении теплоты прикрепляют к стержням восковые шарики или приклеивают воском спички. Вместо воска можно воспользоваться парафином. Слегка нагрев воск или парафин, из них скатывают шарики рукой на столе. При приклеивании шариков, а тем более спичек стержни следует слегка нагреть, иначе воск и парафин не пристанут. На каждый стержень следует приклеить по одинаковому числу шариков или спичек, располагая их при этом на одинаковых расстояниях.
1)	Приклеить, как указано, шарики или спички к упрощенному прибору и, осторожно подогревая место соединения стержней, сравнить теплопроводность меди и железа, судя по времени, через которое отпадают шарики.
2)	Проверить видимость опыта, применить экран фона — белый или чёрный.
3)	Повторить опыт с прибором Главучтехпрома, обратив внимание на обеспечение видимости.
7.	Опыт II. Теплопроводность воды.
Приборы и материалы:!) Пробирка с водой. 2) Спиртовка. 3) Лёд. 4) Кусочек проволоки. 5) Просвечивающий экран.
262
$ 37, 8
1)	Налить в пробирку на 3/4 воды и, держа её в руке указанным на рисунке 271 способом, нагревать на спиртовке, взяв небольшое пламя и располагая его много ниже уровня (§ 35, 2). Показать, что вода вверху пробирки вскоре закипит; рука же, удерживающая пробирку, не обнаруживает сильного нагрева вследствие плохой теплопроводности воды.
Рис. 270. Прибор для сравнения теплопроводности.
Рис. 271. Обнаружение плохой теплопроводности воды.
2)	Опыту придать более объективный и убедительный характер, для чего на дно пробирки под водой поместить кусочек льда. Так как лёд всплывает в воде, то его придётся закрепить внизу при помощи кусочка проволоки, с трением входящего в пробирку, или иным способом.
3)	Проверить обеспечение видимости; применить просвечивающий экран.
8.	Опыт III. Действие лампы Дэви.
Приборы и материалы: 1) Упрощенная лампа Дэви (рис. 272). 2) Огарок стеариновой свечки. 3) Аквариум. 4) Серный эфир. 5) Лист картона или фанеры в качестве крышки. 6) «Удилище».
Опыт весьма эффектен и, несмотря на «взрыв», совершенно безопасен, если в аквариум налить минимальное количество эфира и склянка с ним значительно удалена от демонстрационного стола.
Изготовление упрощенной лампы Дэви из медной сетки особого труда не представляет (рис. 272, I).
1)	В аквариум или большую стеклянную банку налить несколько капель серного эфира и накрыть её листом фанеры или картона (рис. 272,11). Через короткое *время пространство внутри аквариума заполнится парами эфира. Отнести подальше пузырёк с эфиром.
5 37, 9—10
263
2)	Приподняв крышку, осторожно опустить при помощи «удочки» внутрь аквариума горящий огарок свечи, помещённый внутри самодельной модели лампы Дэви. Показать, что пары эфира при этом не воспламеняются.
3)	Удалив лампу Дэви, вновь опустить внутрь аквариума при помощи того же удилища зажжённую бумажку и наблюдать вспышку паров.
4)	Проверить обеспечение видимости; применить экран фона —белый или чёрный.
9.	Опыт IV. Конвекция в жидкости.
Приборы и материалы: 1) Трубка в форме четырёхугольника для конвекции (рис. 273, III и IV). 2) Марганцовокислый калий. 3) Спиртовка. 4) Сосуд с подкрашенной водой. 5) Просвечивающий экран. 6) Лабораторный штатив.
1)	Трубку четырёхугольной формы с тубусом наверху1) наполнить водой и в отверстие бросить несколько кристалликов марганцовокислого калия. Осторожно нагревать одну из её боковых сторон на пламени спиртовки (рис. 273, III) и наблюдать возникающий круговой поток воды. Для обеспечения видимости показывать опыт на фоне просвечивающего экрана.
2)	Проделать тот же опыт, взяв трубку иной конструкции (рис. 273, IV). Заполнить её чистой водой, закрыть
отверстия пальцами и, перевернув, опустить концами в сосуд с подкрашенной водой. Трубку в таком положении укрепить в лабораторном штативе. Нагревать (осторожно!) трубку на пламени спиртовки, как указано на рисунке 273, IV. Явление наблюдать на фоне просвечивающего экрана.
Рис. 272, I. Упрощенная лампа Дэви.
10.	Опыт V. Восходящий поток в воздухе.
Приборы и материа л^Ы : 1) Лист тетрадочной бумаги. 2) Нитка. 3) Спиртовка. 4) Ламповое стекло. 5) Дымарь (рис. 60). 6) Настольная электрическая лампочка. 7) Лабораторный штатив. 8) Экраны фона — белый и чёрный.
1)	Из листа тетрадочной бумаги согласно указаниям, данным на рисунке 263, сделать бумажную вертушку и подвесить её на нитке.
х) Трубку нетрудно изготовить самостоятельно из четырёх прямых стеклянных трубок, тройника и четырёх кусочков резиновой трубки.
264
§ 37, 11
2)	Вертушку поместить над пламенем спиртовки и показать вращение вертушки, возникающее под действием восходящего потока воздуха.
3)	Установив указанным на рисунке 274, I способом стеклянную трубку или ламповое стекло, обнаружить увеличение ско-
Рис. 272,< II. Опыт с лампой Дэви.
рости вращения, ^пуская снизу стекла дым из дымаря или от папиросы, показать, что воздух всасывается снизу в щель и выбрасывается наружу сверху.
4)	Посредством вертушки обнаружить восходящий поток над горящей электрической лампочкой мощностью в 60—100 W (рис. 274, II).
5)	Проверить обеспечение видимости: применить экран фона — белый или чёрный.
11.	Опыт IV. Конвекция в газах.
Приборы и материалы: 1) Две U-образные стеклянные трубки. 2) Лабораторный штатив. 3) Дымарь. 4) Спиртовка. 5) Экраны фона— белый, чёрный и просвечивающий.
1)	Две стеклянные U-образные трубки укрепить на штативе указанным на рисунке 275 способом, предварительно заполнив нижнюю из них дымом.
г 37, 11
265
2)	Осторожно подогревать одну из сторон нижней трубки пламенем спиртовки и наблюдать возникновение кругового потока воздуха.
3)	Повторить опыт и выяснить, на фоне какого из экранов (белого, чёрного, просвечивающего) получается наилучшая видимость.
Рис. 273. Демонстрации конвекции в жидкости с колбой и четырёхугольными трубками.
266
$ 37, 12
Рис. 274. Обнаружение восходящего потока воздуха.
Рис. 275. Демонстрация конвекции в газах.
12.	Опыт VII. Тепловой эффект при лучепоглощении.
Приборы и материалы: 1) Термоскоп с наклонным манометром (рис. 269). 2) Электрическая плитка (рис. 130) или лампочка в 300— 500 W (рис. 71, II, III). 3) Три лабораторных штатива. 4) Просвечивающий экран (рис. 57). 5) Лист картона или фанеры с отверстием (d — 6—10 см) по середине. 6) Керосиновая лампа. 7) Оконное стекло (15—20 см Х15—20 см). В) Плоский сосуд с водой.
Опыт служит для обнаружения лучеиспускания и поглощения и сравнения лучепоглощательных способностей у металлической (блестящей и чёрной) поверхности. Опыт предназначен также для демонстрации экранирующего действия стекла и воды.
1)	Укрепить на лабораторном штативе электроплитку и присоединить её через выключатель к сети освещения. Теплоприём-ник термоскопа также укрепить на штативе (рис. 276).
2)	Расположить приборы, как показано на рисунке 276. Поместить между ними лист картона или, лучше, фанеры, расположив его так, чтобы отверстие находилось на одной прямой с плиткой и теплоприёмником. Сдвинуть несколько лист в сторону, экранировав тем самым теплоприёмник, и включить плитку. Заметить показание манометра.
3)	Сдвинуть лист картона до того положения, когда лучи, пройдя через отверстие, упадут на теплоприёмник. Сравнить, на сколько изменились показания манометра.
$ 37, 13
267
4)	Повторить опыт (пункты 2 и 3), расположив манометрическую трубку наклонно. Сравнить показания манометра.
5)	Судя по показаниям манометра, сравнить лучепоглощаю-щие способности блестящей и чёрной поверхностей у теплоприём-ника.
6)	Повторяя опыты, заменить электрическую плитку керосиновой лампой. Найти расстояние, на котором показания манометра будут достаточно ясно заметны.
Рис. 276. Обнаружение теплового эффекта термоскопом.
7)	Показать, что при помещении на пути лучей оконного стекла и сосуда с водой возникает экранирующее действие. На основании показания манометра обнаружить поглощающую способность стекла и воды.
8)	Обратить внимание на обеспечение видимости. Сзади манометра расположить просвечивающий экран на таком расстоянии, чтобы его излучения не вносили искажений в результаты.
13.	Опыт VIII. Зеркала Пикте.
Приборы и материалы: 1) Зеркала Пикте (рис. 265). 2) Лампочка в 300—500 W от проекционного аппарата (рис. 71). 3) Гиря в 5 кг. 4) Примус. 5) Отражательная печь (рис. 266). 6) Кусочек киноплёнки. 7) Бумага — чёрная и белая. 8) Пластинка из стекла (40 см X 40 см). 9) Масштабная линейка. 10) Термометр. 11) Пробирка с водой.
Для опыта нужны два вогнутых сферических зеркала на штативах с приспособлениями: для установки лампочки, для помещения гири и для зажимания киноплёнки.
1)	Пользуясь приёмом, описанным в § 54, 5 (рис. 428), наметить и измерить главное фокусное расстояние зеркала.
268
$ 37, 13
2)	Приблизительно в главном фокусе зеркала поместить кинопроекционную лампочку в 300—500 W (рис. 277), расположив её так, чтобы её накалённое тело оказалось расположенным в плоскости, перпендикулярной к оптической оси (§ 52, 3). Направив отражённый от зеркала свет на стену, находящуюся на расстоянии нескольких метров, смещать лампу вправо, влево, вверх и вниз, пока пятно света на стене не окажется на главной оптической оси. Затем перемещать лампочку вперёд и назад, добиваясь получения ровно освещённого круга на стене, равного по величине,
Рис. 277. Демонстрация возгорания горючего тела в фокусе зеркала Пикте.
примерно, размерам зеркала. Достигнув этого, можно считать, что лампочка расположена в главном фокусе и что зеркало даёт параллельный пучок лучей света.
3)	Направить этот пучок на второе зеркало Пикте. Посредством полоски бумаги и полученного на ней светового зайчика найти фокус отражённых лучей.
4)	Зажав в щипчики небольшой кусочек киноплёнки, поме-ститьеёв найденный фокус и, смещая, добиться возгорания. Сравнить, какая плёнка загорается быстрее—чёрная или прозрачная. Попытаться сделать то же с кусочками бумаги — белой и чёрной.
5)	Поместить в фокусе зеркала шарик термометра. Наблюдать, покажет ли он повышение температуры.
$ 37, И; § 38
269
6)	Поместить в фокусе зеркала нижний конец возможно малой пробирки с водой Ч Выяснить, при каких условиях скорее закипит вода (обычная или подкрашенная, в прозрачной или закопчённой снаружи пробирке).
7)	Повторить опыт с зажиганием киноплёнки, взяв в качестве источника лучей электрическую отражательную печь (рис. 266).
8)	Повторить опыт с зажиганием киноплёнки, расположив на пути пучка лучей стеклянную пластинку, в значительной мере экранирующую инфракрасные лучи.
9)	Взамен электрической лампочки взять нагретую на примусе чугунную гирю в 5 тег. В фокусе приёмного зеркала поместить теплоприёмник и наблюдать повышение температуры посредством манометра (рис. 265).
14.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме для 6 класса. Определить их целевые установки. Сделать зарисовки в тетради.
2)	Почему при опыте (рис. 3) для упрощенного прибора рекомендуется взять пару медь — железо или медь — латунь, а не латунь—железо?
3)	Почему в опыте (рис. 271) пробирка лопнет, если нагревать её выше уровня воды?
4)	Почему аквариум, налив в него эфира, надо сначала закрыть крышкой? Не уйдут ли пары эфира, когда крышку снимают (рис. 272, II).
5)	Какие опыты и наблюдения по теплопроводности надо предложить учащимся для домашнего выполнения?
6)	Можно ли считать опыт по конвекции с четырёхугольной трубкой (рис. 273, III и IV) безупречным в методическом отношении?
7)	Как заполнить водой модель водяного отопления?
8)	Каким существенным недостатком обладает опыт по конвекции тазов (рис. 275)?
9)	Почему настоятельно рекомендуется демонстрация в теневой проекции восходящих потоков тёплого воздуха, а не опыт с вертушкой (рис. 274)?
10)	Какие преимущества и недостатки имеет двойной термоскоп (рис. 268) по сравнению с термоскопом, снабжённым наклонным манометром (рис. 269)?
§ 38/ Количество теплоты.
Методические указания — см. т. I, § 73.
Изготовление приборов — см. т. III, §38.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 52 и рис. 227—229.
При прохождении данной темы возможно провести всего лишь одну основную демонстрацию прибора Тиндаля, позволяющую наглядно иллюстрировать вопрос об удельной теплоёмкости веществ. Описание црибора и опыта с ним приведено в § 39, 4.
При рассказе об устройстве калориметра показывают калориметр из двух никелированных сосудов, устроенный так, что он
И Опыт объясняет принцип действия солнечного двигателя (см. т. I, рис. 265).
270
§ 39, 1—2
приближается к типу, употребляемому для более или менее точных калориметрических измерений.
Все основные вопросы об измерении количеств теплоты безусловно нуждаются в проработке их лабораторным путём (§ 66, 5—6). Однако, при своих объяснениях учитель должен показать самый процесс калориметрических измерений, не претендуя при этом на получение сколько-нибудь точных результатов. Такие демонстрации, несмотря на их неполноценность, всё же несколько конкретизируют вопрос и, следовательно, упрощают его понимание.
§ 39.	Изменение состояния вещества.
Методические указания — см. т. I, § 74 и 75.
Изготовление приборов — см. т. III, § 39.
Рисунки по Теме — см. т. IV, §§ 58 и 54 и рис. 230—234.
1.	Методические замечания. В настоящей работе рассматриваются основные опыты по вопросам плавления и отвердевания, испарения и кипения. Сюда же присоединён опыт по теплоём
Рис. 278. Демонстрация постоянства точки плавления льда (I) и точки кипения воды (II).
кости, требующий для своего осуществления тех же технических приёмов, что и опыты по плавлению тел.
2.	Обзор опытов но теме: «Плавление». 1) Постоянство температуры при плавлении обнаружи
§ 39, 2
271
вают при помощи термометра, шарик которого погружён в тающий лёд. Для этого собирают установку, показанную на рисунке 278, 1, насыпав в воронку возможно мельче наколотый лёд. За отсутствием демонстрационного термометра отсчёт температуры не может быть произведён учащимися со своих мест, но опыт всё же следует проделать. Кроме того, по данному вопросу надо провести лабораторную работу с плавлением нафталина (см. § 65, 5).
2)	Плавление и отливка. В железной ложке плавят на пламени примуса олово (232°), третник (около 300°) или свинец (327°) и делают отливку в какой-либо форме. Такой формой может служить бумажный фунтик, поставленный в песок в сосуде, или хорошо высушенный кусок смеси глины с песком, в
ЛеЪ
котором сделан оттиск какого-либо предмета: значка, кукольной головки и т. п. Большее -впечатление на учащихся производит демонстрация легкоплавких сплавов, в особенности сплава Вуда. Этот сплав (олова 4 части, свинца 2 части, висмута 7 частей, кадмия 1 часть) имеет температуру плавления около 68° и, следовательно, плавится в горячей воде, которую можно пить.
3)	Изменение объёма при плавлении и отвердевании. В пробирки с расплавленными воском и с водой соответственно бросают кусочки воска и льда и на фоне просвечивающего экрана показывают, что воск тонет в своей жидкости, а лёд плавает в воде (см. т. I, рис. 165). Эта демонстрация показывает, что при плавлении льда происходит уменьшение объёма^ при плавлении воска — увеличение.
О разрыве чугунной бомбы при замерзании в ней воды — см. в разделе 6. Учащимся полезно предложить произвести во время морозов замораживание воды в бутылке, с целью получения её разрыва.
272
§ 3.9, 3
Для демонстрации образования усадочной раковины следует иметь пробирку, заполненную ранее расплавленным воском. На поверхности воска ясно видна усадочная раковина (см. т. III, § 39).
4)	Теплота плавления и отвердевания. Определение величины теплоты плавления производится в лабораторных работах (см. § 66, 6).
3. Обзор опытов по теме: «Испарение и кипение». 1) Постоянство температуры кипения учащиеся обнаруживают в лабораторной работе (§ 65, 4, рис. 278, II).
Рис. 280. Котёл Папина.	Рис. 281. Демонстрация конден-
сации пара.
В школах часто можно встретить прибор, называемый кипятильником Франклина (рис. 279, II). Прибор состоит из двух шаров, соединённых трубкой и частично заполненных спиртом. Воздух из кипятильника выкачан. При нагревании одного шара в руке закипающий спирт давлением паров вытесняется в другой шар.
3) Кипение под увеличенным давлением может быть показано при помощи котла Папина (рис. 280). Получение различного давления достигается посредством соответствующей установки груза на рычаге предохранительного клапана. Давление измеряется манометром; температура —термометром, шарик которого погружён в углубление (в крышке), заполняемое ртутью для передачи теплоты. Опыт с Папиновым котлом недемонстративен, так как показания термометра видны лишь экспериментатору. Вместо Папинового можно воспользоваться с равным
§ 39, 4
273
успехом котлом от модели паровой машины (рис. 80). В верхней крышке этого котла сделано углубление для помещения термометра. Демонстрации кипения под повышенным давлением в стеклянной посуде, как это иногда рекомендуют, — преступление, так как взрыв весьма вероятен.
5) Конденсация пара может быть показана на простой установке, состоящей из колбы с кипящей водой: пар по трубке попадает на поверхность относительно крупного по размерам металлического тела (утюга), где и конденсируется (см. т. I, рис. 122).
Теплота парообразования обнаруживается посредством демонстрации на установке, вроде изображённой на рисунке 281. Проведение лабораторной работы по этому вопросу крайне желательно (§ 66, 6).
7) Испарение. Для сравнения испаряемости различных жидкостей на лист бумаги капают эфиром, водой, керосином и жидким маслом. Показав (на просвет), что эфир испаряется тотчас же, а вода — через 10—20 минут, хранят бумагу, чтобы обнаружить, что испарение керосина и в особенности масла — процесс весьма длительный (недели и месяцы).
8) Поглощение теплоты при испарении может быть продемонстрировано различными способами. Наиболее эффектны демонстрации замораживания воды. Поглощение теплоты достигается за счёт усиленного испарения серного эфира, через который продувают воздух. В результате вода, помещённая в каком-либо сосуде в эфир, замерзает (см. раздел 8). Вода замерзает без применения эфира под колоколом воздушного насоса (см. т. I, рис. 168); однако, этот опыт может быть легко осуществлён лишь при применении насоса Геде1). Замораживание воды можно получить с помощью криофора (рис. 279, I). При длительном охлаждении сосуда В (в смеси льда и соли) вода в сосуде А, охлаждающаяся вследствие испарения в вакууме, замерзает.
4.	Опыт I. Сравнение теплоёмкостей веществ.
Приборы и материалы: 1) Прибор Тиндаля (рис. 282). 2) Спиртовка или примус. 3) Таган или лабораторный штатив.
Прибор для демонстрации различной теплоёмкости металлов показан на рисунке 282. Основными его частями являются несколько цилиндров одинаковой массы из металлов: алюминия, меди, свинца и железа, укреплённых посредством металлических стержней в планке. Каждый из стержней закреплён в планке не
*) О замораживании воды — см. книгу: Горячкин, Иванов, Покровский, Методика и техника школьного физического эксперимента.
18 е. н. Горячкин
27'*
§ 39, 5
наглухо, а вставлен в Отверстие, благодаря чему стержень может перемещаться в продольном направлении.
К прибору приложены: жестяной сосуд А для нагревания цилиндров и корытце В для отливания парафиновой пластинки.
Латунь	Железо
Рис. 282. Прибор Тиндаля для сравнения теплоёмкостей различных металлов.
1)	Опустив цилиндры в сосуд с кипящей водой, нагревать их там в течение, примерно, 10 минут (рис. 282‘, II). Затем поместить парафиновую пластинку С в раму прибора Тиндаля (рис. 282, I).
2)	Перенести цилиндры из воды на раму и опустить их на парафиновую пластинку. Судя по количеству расплавленного парафина, сравнить теплоёмкости веществ.
3)	Проверить видимость опыта; для её улучшения принять меры.
5.	Опыт II. Плавление под давлением.
Приборы и материалы:!) Кусок льда (3—5 кг). 2) Гиря или груз весом не менее 10 кГ. 3) Стальная проволока толщиной около 1 мм. 4) Кювета.
Опыт показывает, что при повышенном давлении температура плавления понижается и лёд тает.
1)	Положить кусок льда так, чтобы он опирался своими концами на две прочные подставки (рис. 283). Через лёд перекинуть петлёй тонкую проволоку, лучше стальную, и к ней подвесить гирю или какой-либо иной груз (кирпичи, утюги) весом не менее 10 кГ. Лёд под давлением проволоки станет таять, благодаря
§ 39, 6
275
чему она постепенно будет уходить всё глубже и глубже, перерезая лёд на две части.
2)	Убедиться, что лёд, перерезанный проволокой надвое, вновь смерзается над проволокой. Заметить длительность опыта.
3)	Проверить, как обеспечивается видимость опыта; для улучшения её принять меры.
6.	Опыт III. Расширение воды при замерзании.
Приборы и материалы: 1) Чугунная бомбочка. 2) Ведро или таз. 3) Снег или лёд. 4) Поваренная соль. 5) Прокипячённая вода. 6) Плоскогубцы.
Опыт служит для демонстрации, что вода при своём замерзании и превращении в лёд увеличивается в объёме.
1)	В ведре или в тазу смешать, примерно, две части (по весу) мелко нарубленного льда с одной частью поваренной соли.
2)	Налить в чугунную бомбочку до края прокипячённой и остуженной воды. Завернуть плоскогубцами пробку А, стремясь к тому, чтобы под ней не осталось воздуха (рис. 284).
Рис. 284. Чугунная бомба для замораживания воды (I) и разрыв бомбы льдом (II).
3)	Зарыть бомбочку в охлаждающую смесь. Если через 15— 20 мин. не последует разрыва бомбочки, вынуть её и, отвернув пробку, нагреть бомбочку до расплавления льда. Затем повторить опыт.
Примечание. Следует иметь в виду, что иногда, хотя и весьма редко, бомбочка даёт «взрыв», т. е. разбрасывает осколки. Поэтому ведро со льдом надо закрывать полотенцем. Бомбочку, если её вынимают изо льда, тоже надо брать, пользуясь полотенцем.
18*
276
$ 39, 7
7.	Опыт IV. Кипение при пониженном давлении.
Приборы и материалы: 1) Круглодонная колба (1—2 л). 2) Резиновая пробка к ней. 3) Кипящая вода. 4) Штатив. 5) Кювета. 6) Тряпка. 7) Спиртовка. 8) Графин. 9) Воздушный насос. 10) Просвечивающий экран.
Опыт обнаруживает, что при пониженном давлении вода закипит при температурах ниже 100°.
Для опыта совершенно необходима колба с круглым (рис. 285, II), а не плоским дном, во избежание разрушения её с громким «взрывом». Разрыв круглодонной колбы редкость, но о возмож-
Рис. 285. Различные способы демонстрации кипения под уменьшенным давлением.
ности её раздавливания надо помнить и поэтому не показывать опыта в непосредственной близости к учащимся. Поранения экспериментатору не могут быть причинены, так как осколки летят не в разные стороны, «а внутрь» колбы.
1)	Налить в колбу примерно до половины горячей воды и, нагревая её на спиртовке, довести воду до кипения.
2)	Отодвинуть спиртовку в сторону и тотчас же, не мешкая, плотно закрыть колбу хорошей резиновой пробкой.
3)	Перевернуть колбу вверх дном, держа её через толстую тряпку, и поместить в кольцо штатива, как показано на рисунке 285, II.
4)	На фоне просвечивающего экрана наблюдать периодиче#-ские вскипания воды. Для получения более интенсивного кипения смачивать верх колбы холодной водой посредством тряпки.
J 39, 8—9
277
5)	После окончания кипения колбу горлышком погрузить в сосуд с водой, вынуть под водой пробку, чтобы убедиться, что пространство в колбе окажется почти целиком заполненным водой.
6)	Осторожно (см. § 35, 3) налить в графин горячей воды и, закрыв его пробкой с газоотводной трубкой, выкачивать воздух, лучше, водоструйным насосом (рис. 285, I). Наблюдать кипение воды.
8.	Опыт V. Замерзание воды при испарении эфира.
Приборы и материалы: 1) Слегка изогнутая стеклянная трубка (Z=30—40 см\ d=0,5—1 см). 2) Кусок марли или тряпки. 3) Серный эфир. 4) Просвечивающий экран. 5) Насос Шинца (рис. 206). 6) Штатив. 7) Пипетка.
Опыт служит для демонстрации, что при усиленном испарении эфира возникает такое сильное поглощение теплоты, что вода может замёрзнуть.
1) Взять слегка изогнутую стеклянную трубку и пустить в неё пипеткой несколько капель воды. Место, где собра-
лась в трубке вода, обернуть Рис- 286' Замораживание воды при м , r J	испарении эфира.
в два-три раза кусочком марли или тряпки (рис. 286).
2) Капать эфиром на тряпку и дуть на это место посредством насоса Шинца. Через 2—3 минуты развернуть тряпку и, если замерзание воды не произошло или только началось, продолжить опыт до полного замерзания воды в лёд.
3) Показать образовавшийся лёд на фоне просвечивающего экрана.
9.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации и лабораторные работы по теме; наметить целевые установки. Сделать зарисовки опытов.
2)	Каким существенным недостатком в методическом отношении обладает опыт Тиндаля, имеющий целью сравнение удельных теплоёмкостей веществ (рис. 282)?
3)	Какое значение имеет дцаметр проволоки при опыте плавления льда под давлением (рис. 283)? Почему сделано указание, чтобы проволока была из стали?
4)	Можно ли вместо чугунной бомбы при демонстрации расширения воды при замерзании (рис. 284) применить стеклянный пузырёк?
5)	Какая из демонстраций кипения воды при уменьшенном давлении, описанных здесь (рис. 285, I или рис. 285, II), является наиболее ценной в методическом отношении?
278
$ М
§ 40. Тепловые машины.
Методические указания — см. т. I, §85.
Изготовление приборов — см. т. III, § 40. Рисунки по теме — т. IV, § 55 и рис. ‘237, 240 и 241.
Эксперименты по теме «Тепловые машины» сводятся к показам: а) опытов превращения механической энергии в теплоту и обратно; б) моделей механизмов — парораспределительного (рис.83) и двигателя внутреннего сгорания (рис. 85) и в) действующих моделей: парового котла (рис. 80), паровых машин (рис. 80 и 81) и турбины (рис. 82) и двигателя внутреннего сгорания (рис. 84), описание которых приведено в § 14, 2 и 3.
Рис. 287. Прибор Тиндаля для демонстрации превращения механической энергии в теплоту.
Рис. 288. Модель реактивной паровой турбинки из коробочки от сапожной мази.
1) Превращение механической энергии в тепловую демонстрируется при помощи прибора Тиндаля (рис. 287). Этот прибор состоит из латунного цилиндрического сосуда (трубки), закрытого сверху пробкой. В трубку наливают, примерно, на 7ю серного эфира, и, сжимая её в деревянных тисках, приводят её во вращение посредством центробежной машины, электромотора или коловорота. В результате теплового эффекта пробка вылетает под давлением паров нагревшегося эфира.
Если имеется круглое точило, приводимое в быстрое вращение рукояткой или электромотором, то следует показать обугливание деревянного брусочка или образование искр от стального ножа, прижатых ко вращающемуся камню.
£ 41, 1
279
2) Превращение тепловой энергии в механическую демонстрируют на упрощенном приборе, состоящем из парового котла (консервная банка, колба и т.п.) и колёсика с лопастями (из жести или бумаги, рис. 6 и 263, I).
Весьма эффектна демонстрация по тому же вопросу паровой реактивной турбинки по Сахарову, для изготовления которой требуется жестяная коробочка из-под сапожного крема (рис. 288).
Глава девятая.
ДЕМОНСТРАЦИИ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ.
Монтаж проводов, клемм ит. п. — см. т. III, § 15.
§ 41. Меры к предохранению приборов от гибели.
1. Причины гибели приборов и перегорания проводов. Все без исключения работы с электрическим током требуют отчётливых знаний об электрической цепи и слагающих её частях, а также уменья устанавливать в ней ток строго определённой силы. Кроме того, необходимо соблюдение известных правил и выполнение некоторых требований во избежание гибели отдельных приборов и источников тока, а также для устранения совершенно реальной опасности возгорания проводов и возникновения пожара. Наконец, при использовании тока, служащего для освещения, на 120 V и в особенности на 220 V нужно иметь в виду, что при случайных неблагоприятных условиях человек может получить весьма тяжёлые поранения этим током (сильные ожоги и даже смерть).
Основными причинами гибели приборов и возгорания проводов служат:
1)	Неправильное составление цепи, вследствие чего некоторые приборы оказываются включёнными накоротко.
2)	Небрежное отношение к изоляции проводов и отдельных частей электрической цепи.
3)	Перегрузка проводов или приборов током выше допустимой для них нормы.
4)	Включение в цепь постоянного тока приборов, предназначенных только для переменного, и наоборот.
5)	Неправильное включение в цепь постоянного тойа полюсов прибора в том случае, когда у него на клеммах имеются обозначения 4- и — (плюс и минус).
Причиной порчи или гибели источников тока являются к о-роткое замыкание в цепи или перегрузка выше нормы; у аккумуляторов, кроме того, запоздалая зарядка (см. § 17, 2).
280
$ 41, 2
2.	Правила составления цепи.
Во избежание ошибок при составлении электрических цепей необходимо соблюдать следующие требования:
I.	Прежде чем собирать какую-либо электрическую цепь, составить и начертить схему соединения приборов.
II.	Схему, приведённую в литературе, необходимо прежде всего изучить и проверить, так как, хотя это и наблюдается в исключительных случаях, в схеме по недосмотру могут быть допущены неправильности.
III.	Собранную установку, прежде чем присоединить к источнику тока, обязательно показать руководителю практикума и только после его разрешения включать ток.
IV.	При сборке установки расставлять приборы так, чтобы они оказались расположенными на столе согласно схеме. Провода следует употреблять по возможности короткие, однако не допуская излишней тесноты приборов. Перекрещиваний проводов без крайней нужды не создавать. В сложных установках полезно выделять отдельные цепи, употребляя цветные соединительные провода.
V.	Соблюдать правила включения электроизмерительных приборов (§ 45, 6).
VI.	Заранее наметить, какой из конечных проводов цепи будет присоединён к положительному полюсу источника тока и какой — к отрицательному. Произвести включение в цепь приборов и измерителей согласно их полюсным обозначениям, если таковые имеются.
Примечание. Помнить, что далеко не всякая цепь, собранная правильно в техническом отношении, может оказаться совершенной с методической точки зрения. Учащиеся должны получать сведения о схеме не только на основании слов преподавателя, а видеть собственными глазами, как сделаны соединения приборов друг с другом. Поэтому, как было уже рассмотрено (§ 11,6), наибольшее внимание надо уделить расстановке приборов на демонстрационном столе амфитеатром (на подставках) с тем, чтобы соединительные провода расположились в наклонной плос
§	3
281
кости (рис. 48) и оказались видимыми на всём своём протяжении.
3.	Недостатки в изоляции. 1)Соединительные провода. Включение приборов в электрическую цепь обычно производится посредством обрывков проводов, иногда почти лишённых изоляции вследствие многократного применения. К сожалению, не редкость видеть в физическом кабинете ящик, заполненный спутанным клубком таких обрывков, откуда, в случае надобности, преподаватель выуживает подходящий кусочек для соединения, больше заботясь лишь о том, чтобы он подошёл по своей длине, и не обращая внимания на состояние изоляции. Наиболее рационально и экономно раз навсегда изготовить специаль
Рис. 289, I. Заделка кбнцов у соединительных проводов.
Рис. 289, II. Монтаж клемм на панельке для надёжного соединения проводов.
ные провода для соединений из обрезков шнура от электрического освещения и концы у них заделать вилочками (рис. 289, I). Располагая двумя-тремя десятками таких концов, преподаватель будет избавлен от поисков неисправностей в цепи, когда в ней не получается тока, и, главное, устранится возможность возникновения коротких замыканий.
Соединительные провода, сделанные из обрезков осветительного шнура, помимо своей высокой изоляции отличаются ещё гибкостью, что имеет немаловажное значение при сборке схем.
Состояние изоляции проводов имеет особое значение при пользовании током в 120 V, а тем более в 220 V, о чём см. § б, 3.
2)	Соединительные клеммы. Если провод, заделанный на концах вилочкой, оказывается коротким и его надо удлинить, то употребляются специальные соединительные клеммы (рис. 289, II). Для этого на панельке монтируют две-три клеммы. Панель может служить тоже для ответвлений, но для этого можно воспользоваться также приборами, зажимая вилочки от двух проводов под головку одной из клемм.
3)	Клеммы на приборах. У некоторых приборов металлические штыри их клемм оказываются ниже их подставки, поэтому такие приборы нельзя ставить на металлические листы. Подобный недостаток наблюдается потому, что клеммы на при
282
§ 41. 4
борах крайне несовершенны, а дерево плохо высушено перед пуском в дело. Через некоторое время гайки на клеммах отвёртываются, и штырь при вращении головки клеммы начинает повёртываться. По этой причине перед опытами приходится первым делом проверять состояние клемм и подтягивать гайки торцовым ключом или плоскогубцами.
Клеммы положительного полюса у щелочных аккумуляторов имеют соединение с сосудами, поэтому надо иметь в виду изложенное в § 1*7, 4 (рис. 120).
4.	Нормы напряжения и тока для приборов. Каждый из электрических приёмников тока (приборов) требует для своего правильного действия строго определённой силы тока. Силу такого тока называют нормальной. При токе, меньшем нормы, прибор станет давать пониженный эффект; при большем токе он окажется перегруженным. Последствия такой перегрузки различны, в зависимости от её величины, приводя или к сокращению срока службы, или к некоторой порче, или к немедленной гибели прибора. Так, например, электрическую лампочку от карманного фонарика (3,5 V), включая её к батарее с большим напряжением, можно или только несколько перекалить, сокращая тем самым срок её службы, или же немедленно сжечь. Точно так же соединительный провод или проволочная обмотка катушки при токе, большем нормы, окажутся перегретыми, реже без особого вреда для себя, но чаще с порчей изоляции (обугливание) или же, наконец, с немедленным разрушением изолирующего слоя и его воспламенением.
Так как последствия перегрузки различны, то в некоторых случаях указывают, кроме нормального тока (или напряжения), ещё силу максимально допустимого тока: при токе, большем этой предельной величины, наступает немедленная и, главное, безусловная гибель прибора.
Как правило, превышение тока против нормы, однако, не превосходя его предельной величины, возможно допускать лишь на очень короткое время. Так, например, прибор Томсона (рис. 408), включаемый в цепь освещения на 120V, работает с перегрузкой; однако, пользование им не приведёт к его порче только в том случае, если ограничить время до трёх минут. При включении же в цепь тока на 220 V прибор немедленно сгорит.
1)	Н о р м ы тока для соединительных проводов. Во избежание порчи резиновой изоляции у медных соединительных проводов нельзя допускать нагрузки, больше указанной в таблице1)*.
г) При проводке освещения нормы для этих проводов иные, примерно в —2 раза меньше.
$ 41, 4
283
Сечение провода в квадратных миллиметрах	0,75	1	Е5	2,5	4	6	10
Наибольшая допустимая сила тока в амперах	9	11	14	20	25	31	43
Так, например, из таблицы видно, что для вольтовой дуги (рис. 341) в 25 А соединительные провода могут быть взяты сечением не менее как в 4 мм2 или лучше в 6 мм2, Изоляция на проводах в 0,75 мм2 и 1 мм2 загорится; на проводах в 1,5мм1 и 2,5 мм2 станет разрушаться, сигнализируя об этом появлением запаха резины.
2)	Нормы тока для обмоток и катушек. Приборы, содержащие в себе обмотки, сделанные из проводов с бумажной изоляцией (катушки, моторы, трансформаторы, измерительные приборы), при превышении предельного тока перегреваются, сначала становятся тёплыми на ощупь, затем появляется усиливающийся запах краски и палёной бумаги. При первых признаках перегревания надо немедленно выключить источник тока во избежание гибели прибора. Если допускать даж.е лёгкие пере-нагревания, то после длительной нагрузки окажется, что изоляция на обмотках придёт в негодность, именно, обуглившись, отвалится. Во избежание перенагревания проволочных обмоток нельзя допускать ток, больший 5 А на 1 мм2 поперечного сечения провода.
Так, если обмотка какой-либо катушки сделана проводом толщиной в 0,5 мм, что соответствует поперечному сечению около n п о f3,14-0,52\	„ g.
0,2 мм? ( — = ~—> то нормальный ток будет равен:
5 • 0,2=1 А.
3)	Нормы тока для проволочных реостатов (рис. 306) — см. § 43, 5.
4)	Нормы то ка для немедных проводов (железных и алюминиевых) —см. Ф. Э., т. Ill, § 1, 3 (таблица 6).
5)	Нормы тока для приборов по электрохимии. В случае превышения тока выше известной нормы наблюдается нагревание электролита, что при постановке эксперимента в семилетней школе существенного значения не имеет, за исключением некоторых специальных случаев х>. Важ-
Нагревание электролита сильно уменьшает сопротивление у водяных реостатов (рис. 309) и приводит к прекращению выпрямляющего действия у содового выпрямителя (§ 51, 4 и рис. 413).
284
§ 41, 4
ным оказывается другое, именно: отпадение выделяющегося металла от электродов при электролизе CuSO4, например, в опыте определения электрохимического эквивалента (см. § 44, 7 и рис, 497 и 503), если ток взят больше нормального. Во избежание этого явления, т. е. для получения прочного осаждения металла, следует брать ток не более 0,1 А на 1 дм2 поверхности катода (считая обе стороны).
Так, например, для получения прочного осадка на медной пластине от прибора по электролизу (рис. 310) нужно брать ток не больший 0,1 А на 1 дм2.
6)	Нормы для электроизмерительных приборов. Для электроизмерительных приборов — амперметр, вольтметр (рис. 110—ИЗ) —нельзя брать ток и напряжение превышающими величину, соответствующую наибольшему делению шкалы. В случае’, если даже порядок величины измеряемых тока или напряжения неизвестен, следует поступать так, как указано в правиле IV § 45, 6.
7)	Нормы напряжения. Нередко для приборов указывается то напряжение (нормальное), которое надо подвести к нему для обеспечения нормального тока, а следовательно, и нормального действия. Так, для лампочек указываются напряжения: 3,5 V; 6 V; 12 V; 110 V; 120 V; 127 V и т. п. и для нагревателей (рис. 130—131) 120 V и 220 V.
При включении приборов к источнику тока с соответствующим напряжением через них идёт формальный ток. При напряжении источника тока большем, чем нужно, прибегают к помощи реостата или трансформатора для снижения напряжения (см. пункт 9).
Для электромоторов (рис. 382—384), трансформаторов (рис. 408—410) и электромагнитных приборов, содержащих прерыватели, — электрический звонок (рис. 375), катушка Румкорфа (рис. 396 и 405), всегда указывается норма напряжения. Если же, кроме нормы напряжения, указана и сила тока, то она соответствует нормальной нагрузке прибора, т. е. некоторой норме отдаваемой им мощности.
8)	Нормы напряжения и тока для вольтовой дуги — см. § 46, 7.
9)	Соблюдение нормы тока и напряжения в цепи производится несколькими способами:
а)	при аккумуляторах или гальванических элементах — соединением их в батареи последовательно, параллельно или смешанно (см. § 72, 5);
б)	при постоянном токе с определённым напряжением (сеть освещения, динамомашина) (рис. 25 и 37)—при помощи реостата (см. § 43, 5—8);
в)	при переменном токе — посредством трансформа
$ 41, 5
285
тора (см. § 51, 5) или р е о с т ат а (§ 43, 7), а иногда и того и другого вместе.
10) Особый случай для норм напряжения. Все приборы, имеющие подвижные контакты (звонок, катушка Румкорфа (рис. 396), коллекторные моторы (рис. 379, 384 и др.), должны включаться к источнику тока с напряжением не выше определённой величины. Включение их в цепь с большим напряжением, например, на 120 V или на 220 V, недопустимо, хотя бы и через реостат, обеспечивающий нормальный ток. При периодических разрывах цепи в коллекторе или подвижном якоре образуется вольтова дуга, которая вызовет у этих приборов быстрое обгорание подвижных контактов (рис. 405) или щёток и пластинок коллектора. Поэтому при переменном токе обязательно снижение напряжения до нормы посредством трансформатора (рис. 74, 409 и 410).
5. Приборы постоянного и переменного тока. Всегда нужно знать, для какого тока — постоянного или переменного, предназначен тот или иной прибор. Лишь только, некоторые из них универсальны, допуская питание как переменным, так и постоянным током. Большинство приборов постоянного токаг\ включённые в цепь переменного, в лучшем случае откажутся работать, как, например: приборы по электролизу (рис. 315 и 316)* 2); электромоторы (шунтовые и с магнитом рис. 387 и 506); демонстрационные измерительные приборы (рис. 503); приборы магнитоэлектрической системы (рис. 108, I и ИЗ) и т. д., или станут давать пониженный эффект, например: электромагниты (рис. 364 и 365), звонок (рис. 375), телеграф (рис. 366) и т. п. В худшем случае эти приборы окажутся испорченными.
Подобно этому некоторые приборы переменного тока придут в негодность в цепи постоянного; так, например, неминуемо сгорят при 120 V прибор Томсона (рис. 408), все виды трансформаторов (рис. 409 и 410), ламповые радиоприёмники 3) и т. п.
Универсальными приборами, нормально работающими как при переменном, так и постоянном токе, оказываются все приборы, в которых используется превращение электрической энергии в теплоту: лампочки накаливания (рйс. 71), электроплитки (рис. 130), провода, накаливаемые в опытах током (рис. 332, 338 и 339); вольтова дуга (рис. 340 и 341), тепловые измерительные приборы (рис. 110) и т. п.
Следует иметь в виду, что все те приборы, на которых имеются обозначения знаков полюсов и —, предназначены для постоянного тока и поэтому не могут быть включаемы в цепь переменного тока, во избежание их порчи или гибели.
2) Электролиз подкисленной воды (рис. 315) переменным током приведёт к образованию гремучего газа, что необходимо иметь в виду во избежание взрыва при поджигании полученного газа.
з) Катушки и обмотки в цепи переменного тока обладают, кроме обычного омического сопротивления, ещё индуктивным сопротивлением (§ 51,5)
286
§ 41, 6
EsEt+E3~E£E^t
Е=Е,-Е2^)
Рис. 290. Правильные и неправильные соединения элементов в группы.
ние (рис. 290, IV). При зарядках
Короткое замЬ/кание
К числу универсальных приборов относятся также некоторые виды электромоторов (сериес) (рис. 383 и 384) и электромагнитных измерительных приборов (рис. 108 и § 17, 9).
Все подсобные электрические приборы, как-то: ключи (рис. 489), установочные приборы освещения (рис. 490), реостаты — проволочные (рис. 306 и 307), ламповые (рис. 308) и водяные (рис. 309) и пр. пригодны как для переменного, так и для постоянного тока.
6. Назначение обозначения полюсов. 1) Полюсы источников тока. Полюсы источников тока обозначаются обычно у гальванических элементов и аккумуляторов. Это обозначение имеет для них особо важное значение потому, что их приходится соединять между собой в батареи. При неправильных соединениях элементов или аккумуляторов часть из них не станет работать (рис. 290, I и II) или же в самой батарее возникнет короткое замыка-аккумуляторов неправильное
включение их полюсов приведёт к безусловной порче.
У динамомашины (рис. 25) полюсы обозначаются не всегда — их приходится определять. Полюсы магнитоэлектрической машины (рис. 394) зависят от направления её вращения. Об определении полюсов — см. § 44, 4 и рис. 313.
2) Обозначение полюсов на приборах. Если на приборе около его клемм проставлены знаки полюсов Ц-и —, то его следует обязательно включать так, чтобы его полюс «плюс» оказался соединённым с положительным полюсом источника тока и полюс «минус» — с отрицательным. Особенно важное значение это имеет для измерительных магнитоэлектрических приборов (рис. 108, I и IV, ИЗ и § 15,9 и 10). При неправильном включении полюсов стрелка отклоняется в противоположную сторону от начала шкалы и при ударе о предохранительный упор будет погнута.
У электромагнитных приборов — вольтметра и амперметра школьного типа (рис. 112) — хотя при неправильном включении полюсов отклонение стрелки будет происходить нормально, однако ток в обмотках подействует на магнит NS (рис. 112) размагничивающим образом, вследствие чего прибор постепенно умень
§ 42, 1
287
шит свою чувствительность, т. е. станет давать неверные показания.
У остальных приборов, применяемых в школе, полюсы обозначать нет надобности, так как их действие или не зависит от направления тока, или же то и другое включение полюсов не приведёт к порче. Исключение иногда составляет прибор Гофмана (рис. 315), у которого один из электродов делают для экономии не из платины. Электрод с платиной должен быть соединён с плюсом батареи, другой не из платины — с её минусом1*.
§ 42.	Электростатика.
Методические указания — см. т. I, § 91. Изготовление приборов — см. т. III, § 41.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 57, и рис. 242—252.
1.	Основные правила для успеха опытов. Опыты по электростатике иногда плохо выходят, а иногда и совсем не удаются; палочки электризуются плохо; электростатическая машина не работает; приборы не сохраняют сообщённых им зарядов и т. п. Причинами этого могут являться:
1)	Состояние атмосферы, — хотя и весьма редко, но бывают дни, когда атмосфера находится в сильно ионизированном состоянии.
2)	«Засорённость» воздуха в классе. Воздух в классе после занятий в нём на предыдущих уроках оказывается содержащим значительное количество углекислоты и паров, особенно если перед тем горели спиртовки, газовые горелки и т. п. После работы катушки Румкорфа и электростатической машины воздух в классе оказывается ионизированным.
3)	С ы р о с т ь. При значительной влажности воздуха образуется слой влаги на изоляторах, особенно на стекле, которое является гигроскопичным.
4)	Загрязнённость изоляторов. Под влиянием прикосновений, а также пыли на изоляторах образуется слой грязи. Этот слой, иногда незаметный на первый взгляд, является сам по себе проводящим и, кроме того, гигроскопичен.
По изложенным причинам, приступая к опытам по электростатике, надо обязательно выполнять правила:
I.	Следует перед прохождением электростатики тщательно промыть в воде с мылом и высушить все изоляторы (палочки, ножки у штативов и т. п., за исключением дисков электростатической машины).
х) Платина не разрушается при выделении на ней кислорода.
288
£ 42, 1
II.	Стеклянные части рекомендуется покрыть слоем шеллачного лака. *
III.	Перед уроком в перемену проветрить класс и даже в том случае, когда на улице сырая или дождливая погода.
IV.	В лучах отражательной печи (рис. 266) или в восходящем токе тёплого (но не горячего!) воздуха от электрической плитки (рис. 130) перед опытами надо хорошо просушить все приборы, в том числе мех, бумагу и др. материалы для электризации. Особенно удобно иметь для этой цели ящик с несколькими электрическими лампочками внутри, затянутый сверху металлической сеткой (рис. 291) (см. т. III, §41).
Рис. 291. Ящик для подсушивания приборов.
f 42, 2
289
2.	Основные приборы по электростатике. 1)Палочки для электризации. Немалый залог успеха в основных опытах по электростатике находится в зависимости от подбора хорошо электризующихся палочек. Далеко не все палочки, продаваемые для электризации, оказываются подходящими; некоторые из них являются просто негодными. Испытывая их опытным путём, надо вы-
Рис. 292. Электроскопы Роше и Кольбе (I и II).
брать наиболее электризующиеся. Если поднести наэлектризованную палочку к своему уху и при этом почувствуется лёгкий укол или слышен слабый треск искры, то такую палочку следует считать достаточно доброкачественной. Необходимо иметь палочки — эбонитовую (вулканизированный каучук) и стеклянную или из плексигласса толщиной в 1х/2— 2г12см и длиной в 35—45 см. Парами к ним служат соответственно для стекла—газетная бумага, амальгамированная кожа, натуральный шёлк и для эбонита — мех. Неплохо электризуется газетной бумагой высушенная чертёжная линейка и резиновая трубка; последняя—при ударах о крышку стола или зеркало голландской печи.
2)	Э л е к т р о с к о п ы и электрометры. Для опытов по электростатике применяются самые различные типы электроскопов и электрометров. Наибольшее распространение получили: электроскопы Кольбе и Роше (рис. 292), и электрометр Брауна 19 Е. Н. Горячкин
Рис. 294. Устройство механизмов электроскопов.
Гис. 293. Электроскоп Брауна.
Рис. 295. Универсальный штатив (I) для опытов по электростатике и приборы к нему: крючок для подвешивания маятников (111), электрический султан (11) и колесо Франклина (IV),
§42, 2
291
(рис. 293), причём последний является наилучшим для проведения демонстраций в школе. G электроскопом Кольбе, имеющим раздвигающиеся листочки малого размера, невозможно обеспечить достаточную видимость (рис. 292, II). Кроме того, при отсутствии металлического дна — у бутылки и станиолевых наклеек (полосок) — на стенках, электроскоп Кольбе иногда не удаётся разрядить, и листочки, несмотря на заземление, остаются раздвинутыми. У электроскопа Роше вместо листочков подвешены
трубочки из папиросной бумаги (рис. 292), которые для увеличения чувствительности иногда снабжаются противовесами. У электроскопа Брауна заряд обнаруживается отклонением алюминиевой стрелки (рис. 294, III). Наилучшую видимость обеспечивает электроскоп Брауна, не уступая, а иногда и превосходя в чувствительности другие типы электроскопов. Задняя стенка электроскопа Брауна сделана из матового стекла для просвечивания сзади лампочкой.
3)	Универсальный штатив (рис. 295), имея изолирующую ножку, служит для опытов: электрические маятники (Ш); колесо Франклина (IV); электрические султаны (II) (рис. 303) и пр. Маятники проще всего сделать из папиросной гильзы, удалив из неё мундштук; для подвешивания лучше взять нитку из натурального шёлка; однако, если изолятор штатива действитель-19*
292
$ 4 2, 2
Рис. 297. Схема электростатической машины У имшерста.
Диски (круги машины) условно изображены двумя кольцами 1 и 2. ОС и CiCi — щёткодержатели, располагаемые под углом в 90°. EEt — гребенки с остриями для снимания зарядов с дисков.
но не проводит электричества, можно воспользоваться бумажной (рис. 301). Электрические султаны (рис. 303) также нетрудно сделать своими силами из узких лент папиросной бумаги.
4)	Электростатическая машина Уимшер-с т а. Электростатическая машина нередко оказывается неспособной давать электроэнергию, главным образом, потому, что учитель не в состоянии правильно отрегулировать её и устранить некоторые неисправности (рис. 296 и 297). Для правильного действия электростатической машины необходимо соблюдение следующих условий:
I.	Чистота. Каждый раз перед опытами машину следует вытирать мягкой и чистой тряпкой для удаления с неё пыли. Хранить машину необходимо в шкапу под чехлом из материи.
II.	П р о с у ш к а. Во избежание утечек зарядов все стеклянные части машины покрыты изоляционным лаком, что делает их не гигроскопичными. При сыром воздухе в помещении рекомендуется перед опытом машину просушивать (на солнце, в лучах электропечи, около печки и т. п.), следя за тем, чтобы не возникло перегрева, ведущего к размягчению лака.
III.	Ремённая передача. Ремни, передающие движение со шкивов привода, иногда ослабевают. Ремни надо в таком случае подтянуть, чтобы устранить скольжение.
IV.	Положение щёток. Стержни со щётками С, С машины должны быть расположены под прямым углом друг к другу, причём стержень со стороны рукоятки нужно установить под углом в 45° к горизонту и так, чтобы верхняя щётка находилась справа от вертикали (рис. 296), не доходя до неё по ходу вращения диска.
§ 42, 3
293
V.	Состояние щёток. Щётки С, сделанные из мишуры и скрученные неплотным жгутом, должны касаться наклеек на дисках, нонецарапатьих (рис. 297, II). Кисточкам D из мишуры, служащим для снимания зарядов, надо придать вид, показанный на рисунке 297, IV. Располагают их и гребёнки £так, чтсбы они находились возможно ближе от наклеек на дисках, но не касались их.
VI.	Если машина после просушивания не возбуждается, следует поднести к её станиолевым наклейкам наэлектризованную палочку, вращая при этом рукоятку.
3.	Об электризации трением. Производя все описанные далее опыты, следует обратить особое внимание на технику электризации «трением». Надо добиться путём ряда упражнений получений электризации таким образом, чтобы экспериментатор мог говорить учащимся об электризации не трением, а «соприкосновением». Для этого надо научиться получать заряды, только слегка проводя один-два раза одним изолятором по другому, а не
Рис. 298. Правильное (II) и неправильное (I) сообщение заряда телу.
тереть их друг с другом, тем более с видимым усилием. Такой навык может создаться только в результяте ряда упражнений, причём окажется, что наибольшая электризация достигается именно при указанном выше условии. Однако, интенсивное трение палочки о другой изолятор перед началом опытов заметно облегчает по
294
$ 42, 4—6
следующие электризации. Объясняется это улучшением изоляции под влиянием возникшего под действием трения нагревания.
4.	Сообщение зарядов. На рисунке 298, I и II показаны неправильное и правильное сообщения зарядов телу. Обычно к телу подносят палочку её торцом, что неправильно (рис. 298, I). Надо, прикасаясь к телу наэлектризованным участком палочки и поворачивая её, проводить взад и вперёд вдоль поверхности тела (рис. 298,11).
5.	Обзор опытов по теме: «Электростатика». 1) Взаимодействие зарядов. Прежде всего обнаруживают наличие электрической силы (см. раздел 6, рис. 299). Затем при помощи электрических маятников показывают взаимодействие одноимённых и разноимённых зарядов (рис. 301). Для этой же цели полезны опыт с «летающей ваткой» (см. раздел 7, рис. 300) и демонстрация электрических султанов (см. раздел 8, рис. 303).
2)	Понятие о количестве электричества или величине заряда вводят на основании заряжения электроскопа или электрического султана, наблюдая, что при сообщении новых зарядов отклонение стрелки или листочков возрастает.
3)	Взаимное уничтожение разноимённых зарядов показывают, соединяя проводником два разноимённо заряженных электрических султана или электроскопа.
4)	Электростатическую индукцию демонстрируют посредством электроскопа Брауна (рис. 293 и 304).
5)	Электрическую искру показывают от электростатической машины.
Опыты, которые могут быть продемонстрированы во внеклассных занятиях, в том числе на вечере занимательной физики, многочисленны: прыгающие фигурки; разряд лейденской банки; заряжение человека на скамейке со стеклянными ножками; рассеивание дыма или тумана; колесо Франклина и т. п. Описание опытов — см. Ф. Э., т. IV, §§ 38, 42 и 46.
6.	Опыт I. Электрическая сила.
Приборы и материалы: 1) Стеклянная или эбонитовая палочка. 2) Газетная бумага или мех. 3) Чертёжная линейка. 4) Половая щётка. 5) Электрическая лампочка в патроне. 6) Стул.
Рис. 299. Обнаружение действия электрической силы.
* 42, 7
295
Рис. 300. Летающая ватка.
Электрическую силу обнаруживают, действуя наэлектризованной палочкой на чертёжную линейку, положенную на какую-либо опору, например, на электрическую лампочку или книгу (рис. 299), или действуя на половую щётку, уравновешенную на спинке стула (рис. 1). Подносить палочку следует указанным на рисунке 299 образом к самому концу линейки или щётки. Силой притяжения можно заставить линейку или щётку повернуться вокруг вертикальной оси или один из их концов подняться вверх.
7.	Опыт II. «Летающая ватка».
Приборы и материалы: 1) Стеклянная или эбонитовая палочка. 2) Бумага или мех. 3) Кусочек ваты.
Кусочек ваты величиной не больше горошины растягивают руками так, чтобы придать ей возможно большую поверхность плоской формы. Затем, наэлектризовав палочку, подносят к ней ватку и выпускают ватку из рук. Тогда ватка притягивается и пристаёт к палочке. Подняв палочку над головой, резким движением отдёргивают палочку вниз так, чтобы ватка по инерции осталась в воздухе. Так как ватка наэлектризована одноимённо с палочкой, то, приближая последнюю к ватке, можно легко помешать её падению (рис. 300). Более того, легко удаётся после нескольких упражнений не только заставить ватку плавать в
Рис. 302. Подвешивание палочки на стремечке.
Рис. 301. Устрой ство электрических маятников.
296
£ 42. 8
воздухе, но и двигаться вверх и горизонтально, выгнав её, например, из класса в коридор.
8.	Опыт III. Взаимодействие зарядов.
Приборы и материалы: 1) Электрические маятники (рис. 301). 2) Стеклянная и эбонитовая палочки. 3) Бумага и мех. 4) Стремечко (рис. 302). 5) Лабораторный штатив или рама (рис. 51). 6) Экран фона (рис. 56).
1)	К электрическому маятнику (рис. 301) поднести заряженную палочку и показать, что маятник, притянувшись и наэлектризовавшись, затем отскакивает и отталкивается.
//
Рис. 303. Опыты с электрическими султанами.
2)	Продемонстрировав опыт со стеклянной палочкой, повторить его с эбонитовой, обнаруживая, что в обоих случаях явления одинаковы.
3)	Взять два маятника и сначала оба наэлектризовать одноимённо и получить их взаимное отталкивание.
4)	Один маятник наэлектризовать зарядом от стеклянной и другой — от эбонитовой палочки и показать притяжение разноимённых зарядов.
5)	Подвесить на двунитном подвесе стремечко и положить на него наэлектризованную палочку (рис. 302). Обнаружить взаимодействие её с другой наэлектризованной палочкой (притяжение и отталкивание).
6)	Обеспечить видимость применением экрана фона.
§ 42, 9—10
297
9.	Опыт IV. Электрические * султаны.
Приборы и материалы: 1) Два электрических султана (рис. 303). 2) Палочки — стеклянная и эбонитовая. 3) Бумага и мех. 4) Проводник на изолирующей ручке.
1)	Зарядами от палочки наэлектризовать электрический султан, представляющий из себя пучок тонких полосок или лент папиросной бумаги, прикреплённых одним концом к металлическому стержню на изолирующей подставке (рис. 303). Ленты после нескольких зарядок от хорошо электризующейся палочки, заряжаясь одноимённо и отталкиваясь друг от друга, придают султану вид, показанный на рисунке 303, 1.
2)	Зарядив подобным же образом второй султан одноимённо с первым, сближают их и наблюдают картину отталкивания.
3)	Повторить опыт, зарядив султаны разноимённо (притяжение) (рис. 303, II).
4)	Вновь наэлектризовав султаны разноимённо примерно одинаковыми зарядами, соединить их проводником на изолирующей ручке и наблюдать взаимное уничтожение зарядов.
10.	Опыт V. Проводимость. Электростатическая индукция.
Приборы и материалы: 1) Два электроскопа Брауна (рис. 293) или два электроскопа Кольбе (рис. 292). 2) Палочки — эбонитовая и стеклянная. 3) Бумага и мех. 4) Проводник на изолирующей ручке. 5) Экраны — фона и просвечивающий.
1)	Сильно зарядить один из электроскопов каким-либо зарядом и присоединить к нему проводником другой незаряженный электроскоп (такого же типа). Наблюдать эффект.
2)	Зарядить два одинаковых электроскопа сначала одноимённо, потом разноимённо и наблюдать, что произойдёт при соединении их проводником.
Рис. 304. Схема демонстрации электростатической индукции.
3)	Получить заряд через влияние, поднеся для этого палочку к электроскопу (рис. 304, I), затем прикоснуться к шарику пальцем (не убирая палочки) (рис. 304, II); наконец, отнять палец (III) и только после этого удалить палочку (IV). Добиться получения
298
$ 42, 11—12
достаточно ясно видимого отклонения стрелки и листочков при заряде через влияние.
5)	Проверить видимость опыта; применить экраны — фона и просвечивающий.
11.	Опыт VI. Электростатическая машина.
Приборы и материалы: 1) Электростатическая машина Уимшерста (рис. 296). 2) Лейденская банка. 3) Колесо Франклина. 4) Разрядник для банки. 5) Тампон из ваты на деревянной палочке. 6) Эфир или бензин. 7) Лист плотной бумаги. 8) Разрядник для банки.	*
1)	Убедившись, что стержни щёток расположены взаимно перпендикулярно и самые щётки в порядке (см. раздел 2), получить от машины короткую искру. Постепенно раздвигать шарики разрядника до получения наиболее длинной искры. Пронаблюдать то же явление в темноте для обнаружения истечений.
2)	На пути искры поместить сначала тампон из ваты (рис. 505), смоченной в серном эфире или бензине, и затем лист плотной бумаги. Наблюдать соответственно возгорание тампона и пробивание отверстия в бумаге.
3)	Один из полюсов машины присоединить проводником к «земле», для чего, например, свободный конец провода поместить под подставку к машине. Соединить проводником на изолирующей ручке или разрядником шарик лейденской банки с другим полюсом и зарядить банку..Разрядить её.
4)	Оставив один полюс заземлённым, к другому включить колесо Франклина и наблюдать его вращение.
.5) Попробовать зарядить человека, стоящего на изолирующей скамейке (рис. 305).
к земле
Рис. 305. Зарядка человеческого тела от электростатической машины.
12.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме, определить их целевую установку и сделать зарисовки опытов.
2)	Каким образом можно определить знак заряда, пользуясь электрическим маятником или султаном?
3)	Какой из опытов по обнаружению электрической силы эффектнее — с линейкой или со щёткой?
4)	Выйдет ли опыт (рис. 299) с металлической линейкой?
5)	Почему не рекомендуется заряжать электроскопы от электростатической машины?
$ 43, 1—2
299
6)	Нужно ли демонстрацию султанов проводить от электростатической машины?
7)	Как устроен и работает прибор: сетка Кольбе ? Нужен ли он в школе-семилетке?
8)	Какое напряжение даёт электростатическая машина, находящаяся в вашем распоряжении? Как определить это напряжение?
9)	Как устроена машина Уимшерста и почему она работает (объяснить)?
10)	Почему палочку для тампона (рис. 505) (см. раздел 11) надо взять из дерева, а не из металла?
И) В каких случаях и зачем при опытах надо заземлять один из электродов машины Уимшерста?
12)	Можно ли зарядить лейденскую банку, держа её в руке и прикоснувшись шариком к незаземлённому электроду машины?
§ 43. Электрическая цепь. Реостаты.
Методические указания — см. т. I, § 92—94. Изготовление приборов — см. т. III, §42.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 58, 59 и 62, 2 и рис. 253—257 и 269.
1. Методические замечания. Количество опытов по теме «Электрическая цепь» сравнительно невелико. В основном это сводится к показам действий электрического тока и к демонстрации отдельных частей, из которых слагается электрическая цепь (генератор, приёмник, провода, выключатели). Ни устройство генератора, ни приёмников в это время не рассматривается; производится лишь их классификация по видам превращаемой ими энергии (для генераторов —механическая или химическая в электрическую, для приёмников — электрическая в тепловую, химическую, механическую, лучистую).
Совершенно необходимо дать первое представление с соответствующими демонстрациями об устройстве проводов, клемм, простейших выключателей (рис. 489) и переключателей (рис. 490).
Для изучения составления электрической цепи, кроме соответствующей демонстрации, совершенно необходимо проведение лабораторной работы.
2. Обзор опытов по теме: «Действия электрического тока».
1)	Тепловые действия тока показывают, накаливая проводник током (§46, 5 и рис. 339) или включая электрическую плитку (рис. 130).
2)	Химические действия демонстрируют при помощи прибора Гофмана (§ 44, 6 и рис. 315) или производят электролиз сернокислой меди (§ 44, 7 и рис. 316).
3)	Магнитные действия иллюстрируют опытом Эрстеда (§ 48, 5 и рис. 357.), а также электромагнитом простейшего устройства (§ 48, 3 и рис. 362).
4)	Превращение электрической энергии в механическую демонстрируется приведением в действие модели электромотора (рис. 506) или, лучше всего, вращающегося витка (§ 49, 8 и рис. 379).
300
$ 43, 3—5
5) Превращение электрической энергии в свет осуществляется включением лампочки накаливания или, лучше, неоновой лампочки, в которой происходит непосредственное превращение в лучистую энергию (§ 46, 3 и рис. 333).
3. Обзор опытов по теме: «Электрическая цепь». 1) Т и п ы генераторов. В качестве механического генератора показывают магнитоэлектрическую машину (§ 50, 8 и рис. 394), накаливая фт неё лампочку от карманного фонарика. Аккумулятор (рис. 117 и 118), элементы — сухой или наливной (рис. 123 и 121) и Грене (рис. 122) служат образцами химических генераторов. Во внеклассной работе крайне желательно показать действия термо-и фотоэлементов, о чём — см. § 45, 7 и 8 (рис. 324 и 325) и в книге Ф. Э., т. Ill, §§ 29—31, и т. VI, § 72.
2) Электрическая цепь составляется преподавателем на демонстрационном столе из батареи, ключа и звонка, а также электрической демонстрацией соответствую-(см. § 67, 4). Из отдельных
Рис. 306. Реостат с движком.
лампочки. Однако заменять этой щую лабораторную работу нельзя деталей цепи рационально показать: выключатели, ключ (рис. 489), рубильник (рис. 525); вращающийся установочный выключатель (рис. 490); образцы различных проводов; патроны и цоколь электрической лампочки.
3)	Введение понятия о направлении электрического тока делается на основании опыта с электролизом сернокислой меди (§ 44, 6).
4.	Типы реостатов. Реостаты являются важнейшими подсобными приборами, совершенно необходимыми при работах с электрическим током.
Реостаты служат при получении от источника электрической энергии для ограничения или поддержания в цепи определённой силы тока или же определённого напряжения на клеммах приёмника.
В школе находят себе применение три типа реостатов: проволочные (рис. 306 и 307), ламповые (рис. 308) и водяные (рис. 309).
5.	Проволочные реостаты с движком. Реостат с подвижным контактом или движком, выпускаемый Главучтехпромом, под названием реостат Руштрата, показан на рисунке 306. Устройство его достаточно известно (см. Ст. уч., часть 2, § 46, Ф. Э., т. Ill, § 16). При подключении проводов цепи к клеммам А и В величина введённого сопротивления будет зависеть от положения движка (рис. 306).
§ 43, 5
301
Реостаты делаются различных сопротивлений. Величина это-,го сопротивления указывается в надписи на движке реостата; там же имеется пометка о максимальной силе тока, который может выдерживать обмотка реостата без вреда для неё. Так, например, надпись 10 й ЗА обозначает, что сопротивление всей обмотки равно 10 омам и что реостат без вреда для себя выдержит ток не выше 3 ампер. При токах выше 3 ампер обмотка станет перегреваться и в конце концов окажется испорченной.
Данные для реостатов, выпускаемых промышленностью для средней школы, приведены в таблице:
Сопротивление	Наибольшая допустимая нагрузка
1750 омов	0,3 ампера
80	»	1,5	»
55	»	2,1	»
24 ома	6 ампер
5 омов	в,8 ампера
Кроме реостатов с движком, применяются проволочные реостаты с коммутатором, у которых изменение сопротивления
происходит скачками при перемещении рукоятки А по клеммам 7, 2, 3 и 4 (рис. 307, I и II). Такого типа реостат* нужен в школе для вольтовой дуги (рис. 341)х).
Рис. 307. I—схема реостата с переключателем; II—настольный демонстрационный реостат.
Об устройстве реостата для вольтовой дуги — см. т. III, § 42.
302
$ 43, 6
Реостаты с движком находят себе применение чаще всего в цепях низкого напряжения, т. е. в тех случаях, когда источником тока служат аккумуляторы или элементы. Однако, применение их для тока с напряжением в 120 V в некоторых случаях не исключено, хотя, вообще говоря, не может быть рекомендовано.
6.	Расчёты при включении проволочных реостатов. Рассмотрим несколько примеров расчёта сопротивления реостата с целью обеспечения нормы тока для некоторых приёмников при напряжении источника тока в 120 V:
а)	лампочки карманного фонарика на 3,5 V, 0,3 А1)ф,
б)	кинопроекционной лампочки на 12 V; 50 W И;
в)	вольтовой дуги переменного тока на 15 А.
Наводим:
	Лампочки		Вольтова дуга
	3,5V	12 V	15 А
Норма напряжения Норма тока /, заданная или вычисленная по формуле мощности N = U -I Нужное падение напряжения в реостате U2 =U—U1 = 'i20—	3,5V 0,3 А 116,5 V	12 V 12=4’1А 102 V	60 V 15 А 60 V
Нужное сопротивление реостата -4	116,5 _ 0,3 = 368 ом	102 	=25 ом 4,1	60 , -=4 ом
Таким образом, для лампочки на 3,5 V из имеющихся в продаже оказался бы пригодным реостат в 1750 омов, допускающий нагрузку до 0,3 А (см. таблицу допустимой нагрузки). Для лампочки на 12 V (50 W) пришлось бы соединить последовательно два реостата на 24 ома и на 5 омов; каждый из этих реостатов допускает наибольший ток соответственно в 6 А и в 6,8 А и, следовательно, не пострадает от нагрузки в 4 А. Для вольтовой дуги, требующей тока в 15 А, ни один из указанных реостатов не оказался бы годным. Реостат же в 6 омов, допускающий наибольшую нагрузку до 6,8 А, при токе в 15 А сгорел бы.
Й Применение проволочного реостата здесь допустимо только в крайнем случае, за неимением трансформатора или же при постоянном токе. Эти примеры приводятся для ознакомления с техникой расчёта.
§ 43, 7
303
О расчётах реостата при зарядке аккумуляторов — см.
т. III, § 23.
7. Ламповый реостат. Ламповые реостаты применяются обычно в цепях с напряжением в 120 V или 220 V, реже 12 V. Принцип действия лампового реостата основан на том, что электрическая лампочка, включённая в цепь соответствующего ей напряжения, пропускает через себя ток определённой силы. Тогда, какой бы прибор мы ни включили последовательно с лампочкой, сила тока в цепи окажется меньше той, которую пропускает через себя эта лампочка.
Рис. 308. Ламповый реостат.
Изготовление лампового реостата своими силами не представляет затруднений (рис. 308). На доске устанавливают,, в ряд несколько стенных или иллюминационных патронов и, соединив их между собой параллельно, подводят провод к двум клеммам, служащим для включения в цепь. Ламповый реостат включают в сеть освещения последовательно с тем прибором, в котором необходимо получить ток определённой силы.
Тогда, ввёртывая в патроны лампочки, рассчитанные на напряжение сети (т. е.на 120 V или на 220 V), увеличивают скачками силу тока, текущего через прибор, до нужной величины. Заранее можно приблизительно рассчитать, сколько ламп и какой мощности надо включить в ламповый реостат. Так, лампа в 40 W для напряжения в 120 V пропускает через себя ток около 40: 120=А; лампочка такой же мощности, но для напряжения в 220 V даёт 40 : 240=4- А. О
Данные о силе тока для ламп различной мощности при включении их в сеть соответствующего напряжения приведены в т а б-л и ц е на стр. 304.
При помощи этой таблицы легко найти количество и мощности ламп, необходимых для получения определённой силы тока в цепи с таким же, как и у ламп, напряжением.
304
§ 43, 8
Тип лампочки	Мощность	Сила тока лампочки при напряжении		
		12 V	120 V	220 V
Осветительная	15 W			0,12 А	—
»	25 »	—	0,2 »	0,1 А
Кинопроекционная	30 »	2,5 А	—	—
»	50 »	4,2 »	—	—
Осветительная	40 »	—	0,33 А	0,66 А
»	G0 »	—	0,5 »	0,25 »
»	100 »	—	0,8 »	0,4 »
»	300 »	—	2,5 »	1,4 »
»	500 »	—	4,2 »	2,2 »
Пример!. Для модели электромотора нормальный ток равен 1 А.
Сколько ламп надо взять при включении его в сеть 120 V?
Решение:
Возможны различные варианты, например:
5 ламп (120V) по 25 W
3 лампы (120 V) по 40 W
2 лампы (120 V) по 60 W
2 лампы (120V) — одна 100 и другая 25 W
(5X0,2 А—1 А)
(ЗХ 0,33 А =1 А)
(2X0,5 А =1 А)
(0,8 А + 0,2 А = 1 А)
Пример 2. Лампочку от карманного фонарика (3,5 V; 0,3 А) надо нормально накалить, пользуясь током освещения. Сколько и каких ламп надо взять в ламповом реостате?
Решение:
2 лампы в 15 W и 25 W
1 лампа 40 W
(0,12 4-0,2=0,32 А)
(0,33 А)
Все эти расчёты справедливы только в том случае, когда сопротивление *то го или иного прибора мало по сравнению с сопротивлением ламп. Чем больше будет сопротивление этого прибора, тем значительней станет разница между током, ожидаемым по расчёту, и током, полученным в действительности.
Поэтому в ламповый реостат приходится ввёртывать дополнительно ещё одну или больше ламп.
8. Водяной реостат. В водяных реостатах сопротивление водного раствора какой-либо соли изменяется посредством увеличения площади погружённых электродов или сближением их между собой. На рисунке 309 показана наиболее простая конструкция водяного реостата, созданного из прямоугольной банки, заполненной проводящим раствором. Изменение сопротивления производится посредством придвигания или отодвигания одной пластины от другой и изменения тем самым толщины разделяющего их слоя раствора. Во избежание поражения током пласти
S 44, 1
305
ны укрепляются на деревянных брусочках с изолирующими ручками.
Электроды для реостатов лучше всего сделать из свинца; железо и медь сравнительно быстро окисляются. Однако, так как реостат применяется в школе сравнительно редко и на короткое время, то электроды для него можно изготовить из кровельного железа. После работы железные электроды следует вынимать из раствора и высушивать. При железных электродах нельзя пользоваться раствором кислот и других солей (в том числе и NaCl). Наилучшим веществом для раствора служит сода.
Нужно иметь в виду, что раствор при работе сильно на- Рис- 309. Водяной реостат, гревается, отчего его сопротивление весьма сильно уменьшается. В этом заключается основной недостаток водяных реостатов, почему при получении сильных токов их замыкают только на самое короткое время.
Сделать какие-либо ориентировочные расчёты для водяного реостата заранее нельзя. Обычно приготавливают раствор весьма слабой концентрации, бросив в воду маленькую щепотку соды. Если через некоторое время, когда раствор прогреется током, сопротивление реостата при сближенных пластинах окажется большим, чем нужно, добавляют ещё щепотку соды.
§ 44. Превращение химической энергии в электрическую и обратно.
Методические указания — см. т. I, §§ 92 и 93. Изготовление приборов — см. т. III, § 43.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 60 и рис. 258—263.
1. Методические замечания. Несмотря на то что вопрос о химических действиях тока в целом не изучается, рассмотрение его отдельных частей неизбежно при прохождении курса электричества. Предполагается также, что разложение подкисленной воды и некоторые другие простейшие вопросы электролиза изучаются в курсе химии. Каждый преподаватель должен овладеть техникой, хотя бы самого простого, эксперимента по электролизу, так как преподавателю придётся определять полюсы источника тока электрохимическим путём, снаряжать гальванические элементы, заряжать аккумуляторы и проводить некоторые опыты как в классе, так и при кружковой .работе. К числу обязательных опытов по электролизу, показываемых в классе, относятся: гальванический элемент, как источник тока; выделение металла 20 Е. Н. Горячкин
306
§ 44, 2
при электролизе (см. ниже, а также § 23, 3). Кроме того, весьма желательно проведение демонстрации принципа действия аккумулятора — весьма простой по своей технике и не трудной для объяснения.
На внеклассных занятиях значительный интерес представят для учащихся электролиз растворов солей с цветными индикаторами (см. раздел 10), демонстрация сатурнова дерева (§ 23, 3) и др. Для индивидуальных занятий учащихся в кружке рекомендуется постановка гальванопластической ванны, о чём см. Ф.Э., т. 111, § 37, 9.
Рис. 310. Прибор Горячкина по электролизу.
Кроме описаний опытов, далее приведены правила при работах по электролизу, выполнение которых совершенно необходимо не только для соблюдения требований лабораторной культуры (§ 4), но и для успеха опытов.
2. Приборы по электролизу. 1) Набор Горячкина, являясь универсальным, позволяет осуществить большую часть описанных дальше опытов, именно;
1)	электролиз сернокислой меди; 2) элемент Вольта; 3) сравнение электродвижущих сил элемента для различных пар; 4) элемент с хромовой жидкостью; 5) принцип действия аккумулятора; 6) определение электрохимического эквивалента меди; 7) гальваностегия; 8) электролитический выпрямитель.
Кроме перечисленных экспериментов по электролизу, набор может быть использован для лабораторной работы на закон Джоуля-Ленца.
В набор (рис. 310) входят следующие части:
1)	фаянсовая крышка А к стакану, снабжённая двумя универсальными клеммами; 2) стеклянный стакан; 3) две цинковые пла
§ 44, 2
307
стины СС\ из них одна амальгамированная; 4) две медные пластины 1)Р;5)две свинцовые пластины 7?В;6)два цилиндрических угольных электрода FF; 7) алюминиевая палочка Е; 8) петля G для подвешивания предметов
D
В
Рис. 311. Устройство и
при гальваностегии; 9) две латунные палочки JJ с гайками на концах для укрепления спиральки; 10) спираль из никелиновой проволоки для лабораторной работы на закон Джоуля-Ленца.
закон Джоуля-Ленца.
Есе детали помешены в фанерный ящик уложены в соответствующие гнёзда.
D
ОМ

вид клемм для закрепления электродов.
При надлежащем обращении с набором, которое заключается, главным образом, в тщательной промывке электродов после опытов, набор может служить весьма долгое время, заисключе-ниехМ только цинковых пластин. Цинковые пластины в случае износа можно своими силами заменить новыми.
Сборка прибора крайне проста и состоит в укреплении в крышке нужных для опыта электродов. На крышке имеются две универсальные клеммы, служащие одновременно для закрепления пластин и для включения тока (рис. 311). Перед укреплением электрода надо отвернуть винт А и затем вставить в канал клеммы отросток В, каким снабжены электроды. Электрод должен быть обязательно вставлен так, чтобы его верхний край вплотную прилегал к крышке. Затем, завёртывая винт А, закрепляют электрод. Эбонитовая головка D, снабжённая винтовой резьбой, служит для зажимания провода £, подводяшего ток. Выступ С на крышке сделан для того, чтобы пластины, вставленные в крышку, располагались примерно в параллельных плоскостях и не могли коснуться друг друга. 20*
308
§ 44, 3
2)	U-образная трубка для электролиза растворов солей. Её можно достать в химическом кабинете или приобрести (рис. 312). Для неё следует сделать угольные электроды, взяв для этого два тонких угля от вольтовой дуги.
3)	Прибор Гофмана; описание нескольких типов такого прибора — см. Ф. Э., т. 111, §33, 2. ,
3. Основные правила при работах по электролизу. Для работ по электролизу требуются растворы кислот, щелочей и различных солей. Электроды, вынутые из раствора и недостаточно промытые, сильно портятся не только сами, но портят также и ящик, в котором они хранятся. Кроме того, электроды, окислившиеся или содержащие на себе остатки реактивов, могут вызвать при
Рис. 312. U-образная трубка для опытах с растворами побочные электролиза солей.	реакции, искажающие основ-
ное наблюдаемое явление. Наконец, элементарная лабораторная культура при работе с приборами по электролизу требует соблюдения определённых правил, во избежание порчи как самих приборов, так и других вещей (стола, одежды и т. п.), не имеющих непосредственного отношения к опытам.
Правила эти следующие:
I.	Все растворы должны быть заготовлены заранее и в случае надобности профильтрованы, как это, например, нужно для сернокислой меди и соды. Приготовление раствора в самом стакане для прибора допускать нельзя (см. т. III, § 24).
II.	Электроды, нужные для опыта, должны быть предварительно осмотрены и с них должны бытьудалены, хотя бы малейшие, следы грязи и окислов (бэлые или серые пятна). Как производится подобная очистка, указано в описаниях опытов с набором.
III.	Во избежание порчи стола растворами прибор при опыте лучше ставить на стекло, в небольшую фотографическую кюветку (рис. 203 и 315), на тарелку или блюдо.
§ 44, 4
309
IV.	Электрод, вынутый из раствора, без надлежащей промывки и обсушки, безусловно нельзя класть непосредственно на стол, а тем более в ящик. Так как промывка занимает сравнительно длительное время, то использованные электроды следует класть в кюветку с водой. Присутствие такой кюветки особенно необходимо при демонстрационных опытах.
V.	Использованные электроды после урока должны быть тщательно промыты водой, для чего их лучше всего поместить в кюветке в раковину и 5—10 минут промывать в проточной воде. Все осадки на электродах, получившиеся в результате реакций, необходимо удалить посредством тряпки или бумаги перед промывкой в проточной воде1). После промывки электроды нужно высушить или, проще, вытереть досуха тряпкой, фильтровальной или обёрточной бумагой. Подобной же операции подвергают и крышку прибора Горячкина.
Как правило, надо укладывать в ящик только промытые и высушенные электроды и крышку.
VI.	Цинковую пластину надо время от времени амальгамировать.
4.	Опыт 1. Определение полюсов источника тока.
Приборы и материалы: 1) Два гальванических элемента Грене (рис. 122) или три сухих (рис. 123). 2) Пробирка или стаканчик. 3) Растворы — поваренной соли, серной кислоты, фенолфталеина. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для приобретения навыка по определению полюсов.
1)	Соединив элементы последовательно, опустить концы медных проводов в стаканчик с раствором серной кислоты любой концентрации (рис. 313, I). Проверить, что на катоде (отрицательном электроде) происходят выделения газа, на аноде же газ не появляется 2).
2)	Сделать подобный же опыт, взяв раствор поваренной соли (NaCl).
3)	В раствор поваренной соли ввести несколько капель раствора фенолфталеина1 2 3) и размешать. Опустить концы проводов от бата-
1) Об удалении меди с угля — см. раздел 7, пункт 4.
2) Раствор H2SO4 разлагается током с выделением на катоде водорода. Получающийся же на аноде кислород вступает в соединение с медью, почему выделение его незаметно.
Фенолфталеин предварительно растворяют в спирте пли, в крайнем случае, в водке (см. т. 111, § 24).
' 310
§ 44, 5—6
окрашивание около катода водой и приложить к ней на концы проводов от батареи.
Наблюдать красное окрашивание около катода.
5)	Полоску промокательной (розовой или красной) бумаги пропитать раствором NaCl. Наблюдать обесцвечивание бумаги около анода, где выделяется хлор.
5.	Опыт II. Амальгамирование цинка.
реи и наблюдать яркокрасное (рис. 313, II).
4) Полюсную бумагу1) смочить расстоянии одного-двух сантиметров
Рис. 313. Определение полюсов различными способами.
Приборы и материалы: 1) Цинковая пластинка (рис. 310). 2) Фарфо-
ровая ступка или чашка.
3) Ртуть. 4) Раствор серной кислоты (5—10%). 5). Наждачная бумага.
6)	Зубная щётка. 7) Нож. 8) Кюветка с водой. 9) Провода для соединений.
Опыт служит для приобретения навыка амальгамирования цинка (§ 17, 6 и 7), что нужно при снаряжении гальванических элементов.
1)	Пластинку или палочку цинка очистить от окислов наждачной бумагой. Окислы удалить также из всех раковин и углублений посредством острия ножа или напильника.
2)	Промыть цинк в воде и затем опустить одним концом в чашечку, содержащую 10-процентный раствор серной кислоты и несколько капель ртути. Прикоснуться пластинкой или палочкой к ртути; ртуть пристанет к поверхности цинка.
3)	Посредством зубной щётки или тряпичного тампона на палочке растирать ртуть по соседним участкам (рис. 314). Про-амальгамировав до середины, повернуть палочку другим концом и также покрыть его ртутью.
4)	Если на пластинке остались хотя бы очень малые пятна и не-амальгамированные части, выскоблить их ножом и амальгамировать.
6.	Опыт III. Электролиз подкисленной воды.
Приборы и материалы: 1) Прибор Гофмана (рис. 315). 2) Батарея из 2—3 аккумуляторов или элементов. 3) Электрическая лампочка в 25—40 W или ламповый реостат (рис. 308). 4) Пробирка. 5) Лучинка.
И Для приготовления полюсной бумаги пропитывают фильтровальную бумагу раствором NaCl и фенолфталеина и затем её высушивают (см. т. III, § 43).
5 44, 6
311
6)	Спички. 7) Экраны фона — белый, чёрный и просвечивающий. 8) Кюветка. 9) Соединительные проводники.
1)	Наполнить прибор Гофмана раствором поставив его в кюветку. Обратить внимание крайне осторожного обращения бежание гибели прибора (см.
Ф. Э., т. Ill, §33, 2).
2)	К прибору Гофмана включить батарею из двух-трёх аккумуляторов, предварительно удалив воздух из трубок, предназначенных для собирания газа (рис. 315).
серной кислоты, на необходимость электродов во из-
с выводами от
Рис. 314. Амальгамирование цинка.
Рис. 315. Прибор Гофмана.
3)	Пронаблюдав разложение током от батареи, для ускорения реакции включить прибор Гофмана через лампу в 25—40 W в цепь постоянного тока в 120 V. Во избежание получения в трубках гремучего газа вследствие возможной перемены полюсов при переходе от тока батареи к току в 120 V, газы из трубок надо удалить, заполнив трубки раствором посредством открывания кранов.
4)	Собрав достаточное количество газов (водорода, примерно, около одной трети трубки), продемонстрировать, что продуктами разложения являются кислород и водород. В полузатемнён-ном помещении поместить около крана трубки, содержащей кислород, тлеющий конец лучинки или картонной полоски и медленно* 2) открыть кран.
г) Если на клеммах прибора Гофмана проставлены знаки полюсов, то это указывает, что один из электродов (плюс) сделан для экономии не из платины. При неправильном включении выделяющийся кислород окислит это! электрод, и прибор будет испорчен.
2) При быстром открывании капельки жидкости могут погасить тлеющий конец лучинки, и опыт не выйдет.
312
J 44, 7-8
5)	Для демонстрации того, что вторым продуктом разложения является водород, сжечь его, поместив около трубки зажжённую спичку, горящую небольшим пламенем. Лучше собрать водород в опрокинутую пробирку и сжечь его в ней, поднеся горящую спичку снизу.
6)	Проверить, на фоне какого экрана —белого, чёрного или просвечивающего — обеспечивается наилучшая видимость.
7.	Опыт IV. Выделение металла при электролизе.
Приборы и материалы: 1) Крышка от прибора Горячкина (рис. 310). 2) Два угольных и медный электроды. 3) Батарея из двух-трёх элементов или аккумуляторов. 4) Стакан. 5) Раствор сернокислой меди. 6) Кюветка с водой. 7) Просвечивающий экран. 8) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации отложения меди на катоде и в частности для установления понятия о направлении электрического тока.
Замечание. Если металл на угле станет выделяться хлопьями, а не в виде характерного плотного осадка, силу тока следует уменьшить.
1)	В крышку прибора Горячкина по электролизу вставить две угольные палочки
(рис. 316). Если на углях имеются следы окислов, удалить их шкуркой или ножом и промыть электроды.
2)	Палочки погрузить в раствор CuSO4 и включить в цепь двух-трёх элементов или аккумуляторов. Продемонстрировать выделение меди на катоде.
3)	Переменить направление тока и, отметив электрод, ранее бывший катодом, продемонстрировать исчезновение там меди и её появление на угле, ставшем катодом.
4)	Заменить угольную палочку, не содержащую на себе выделенной меди., медной пластинкой. Сделав последнюю катодом, удалить медь с угольной палочки.
5)	Выяснить, какое преимущество получает демонстрация при применении просвечивающего экрана.
8.	Опыт V. Гальванический элемент.
Приборы и материалы: 1) Крышка от прибора Горячкина (рис. 310). 2) Электроды — цинковый, медный и угольный. 3) Растворы серной кислоты (10—20%) и двухромовокислого калия (насыщенный). 4) Электрический звонок (рис.55). 5) Лампочка от карманного фонарика (рис. 488). 6) Демонстрационный вольтметр с добавочными сопротивлениями на 10 V
§ 44, 9
313
и 1 V (рис. 114). 7) Просвечивающий экран. 8) Кюветка с водой. 9) Тряпка или непроклеенная бумага. 10) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации принципа действия гальванического элемента, а также для обнаружения, что напряжение элемента зависит от материала взятых электродов.
1)	Элемент Вольта собрать из набора по электролизу Горячкина, вставив в крышку медную и цинковую (амальгамированную) пластины.
2)	Пластины погрузить в раствор серной кислоты, налитой в стакан не более как до половины. Элемент замкнуть на хорошо отрегулированный звонок1). Показать, что он будет звонить некоторое время и затем, вследствие поляризации, умолкнет.
3)	Продемонстрировать, что удаление газового слоя на медной пластине механическим путём (для чего эту пластину сначала следует обмыть водой и затем досуха вытереть бумагой или тряпкой) вновь возобновляет действие элемента, но опять только на короткое время.
4)	После появления поляризации долить в стакан раствор двухромовокислого калия, служащего деполяризатором, и наблюдать более сильный и непрерывный звон.
5)	После замены медной пластины угольной палочкой, что создаёт элемент с хромовой жидкостью (Т р у в е, Грене), убедиться посредством демонстрационного вольтметра, звонка и лампочки от карманного фонарика, что пара цинк —уголь по сравнению с парой цинк — медь даёт большее напряжение.
6)	Выяснить, какие преимущества получает демонстрация при применении просвечивающего экрана.
9.	Опыт VI. Принцип действия аккумулятора.
Приборы и материалы:!) Крышка от прибора Горячкина (рис. 310). 2) Две свинповые пластины из набора. 3) Источник тока в 4—6 V. 4) Электрический звонок (рис. 55). 5) Лампочка от карманного фонарика (рис. 488). 6) Провода для соединений. 7) Кюветка с водой. 8) Наждачная или стеклянная бумага. 9) Просвечивающий экран (рис. 57). 10) Раствор серной кислоты (20—25°/0).
Опыт служит для демонстрации принципа действия аккумулятора, а также процесса его зарядки и разрядки.
1)	В стакан налить на три четверти раствор серной кислоты. В крышку вставить два свинцовых электрода, предварительно слегка почистив их шкуркой, чтобы удалить с них окислы. Тогда к моменту опыта они будут иметь одинаковый цвет.
2)	К пластинам присоединить звонок, чтобы показать, что при погружении их в раствор звон не происходит. Обратить внимание, что пластины, — однородны, и поэтому такой элемент давать тока не будет.
х) См. § 48, 3 и рис. 375.
314
§ 44, 10
/
3)	Отключив звонок, присоединить к пластинам два-три аккумулятора или элемента: это соответствует процессу зарядки аккумулятора. Через 2—3 мин. свинцовая пластина, являющаяся анодом, покроется лёгким налётом (шоколадного цвета) из перекиси свинца Ч (рис. 317, I).
4) Вынув пластины из раствора, показать, что в результате электролиза, соответствующего зарядке аккумулятора, одна из пластин (анод) изменилась химически на своей поверхности, в то время как другая пластина (катод) осталась без особо заметных изменений.
5) Вновь погрузить пластины в раствор. Затем присоединить к ним звонок и показать, что аккумулятор сам стал источником тока. Звон будет наблюдаться в течение нескольких десятков секунд и затем постепенно прекратится, указывая тем самым, что аккумулятор разрядился (рис. 317, II).
Зарядив аккумулятор ещё раз, продемонстрировать то же явление, пользуясь вместо звонка лампочкой от карманного фонарика.
10.	Опыт VII. Электролиз растворов солей металлов.
Приборы и материалы: 1) U-образная трубка с угольными электродами (рис. 312). 2) Лабораторный штатив. 3) Растворы йодистого калия или натрия и фенолфталеина. 4) Источник тока в 6—12 V. 5) Просвечивающий экран (рис. 57).
Опыт служит для демонстрации электролиза металлических солей. Наиболее эффектным является электролиз солей Ki и
В методических целях зарядку лучше всего производить сильным током от мотор-генератора (умформера) или выпрямителя через лампочку в 50—100 W (реостат); тогда удаётся на аноде получить весьма интенсивный налёт из перекиси.
Рис. 317. Установка для демонстрации зарядки (I) и разрядки (II) аккумулятора.
§ 44, И; § 45, 1
315
NaJ1), причём иод обнаруживается интенсивным жёлтобурым окрашиванием* 2), а едкие щёлочи —реакцией с фенолфталеином (яркокрасный цвет) (см. т. I, рис. 205).
1)	Приготовить раствор KJ или NaJ, добавить несколько капель раствора фенолфталеина и налить в U-образную трубку. Трубку закрепить на подставке или в лабораторном штативе и поместить на фоне просвечивающего экрана.
2)	Опустить в трубку угольные электроды и присоединить к ним источник тока в 6—12 V. Наблюдать возникновение жёлтой окраски в одной трубке (анод)и красной — в другой(катод).
3)	Сравнить видимость опыта при просвечивающем экране и без него.
11.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить опыты, согласно программе 7 класса. Определить их целевую установку. Сделать зарисовки.
2)	Можно ли для определения полюсов использовать серную кислоту вместо раствора поваренной соли для получения реакции с фенолфталеином?
3)	Можно ли взять раствор поваренной соли для определения полюсов по выделению водорода на катоде (рис. 313)? Сравнить эту демонстрацию с другой, показанной в т. I на рисунке 204.
4)	Каким существенным недостатком в методическом отношении обладает демонстрация: «гальванический элемент»?
5)	Можно ли при опытах по действию аккумулятора и по электролизу растворов солей пользоваться переменным током (см. § 51, 2 и рис. 406)?
6)	При всяком ли малом напряжении (например, в 1 V) будет происходить электролиз CuS04, H2SO4 и зарядка аккумулятора?
7)	Как сказывается на опытах по электролизу увеличение напряжения источника тока?
8)	Какие преимущества и недостатки имеет демонстрация сатурнова дерева (§ 23, 3 и рис. 144) по сравнению с электролизом CuSO4?
§ 45. Измерительные приборы. Законы электрического тока.
Методические указания — см. т. I, §§ 95—98.
Изготовление приборов — см. т. III, § 44.
Рисунки по теме — см, т. IV, §§ 61 и 62 и рис. 264—270.
1. Методические замечания. Обычно считают, что количество демонстраций по данной теме невелико и что этот раздел курса электричества наиболее беден по числу опытов. Указывают, что опыты служат в основном для установления количественных отношений между электрическими величинами. Из числа же всех закономерностей (сопротивление, закон Ома для участка цепи, мощность и работа тока, закон Джоуля-Ленца, демонстрации с установлением количественных отношений) находят рациональ-
х) Приобретаются в аптеке без рецепта врача.
2) Иногда рекомендуют применение индикатора (крахмал или клейстер), дающего тёмносинее окрашивание. Однако, учащимся легче узнать о выделении иода по желтобурому цвету, чем по синему окрашиванию крахмала.
316
$	7
пым проводить опыты лишь для двух: законы сопротивления и закон Ома. Демонстрация «мощность и работа тока», равно как «измерение сопротивления вольтметром и амперметром», ничего нового по своей технике не заключает — по сравнению с опытами на закон Ома для участка цепи.
Действительно, во всех трёх случаях: закон Ома, измерения сопротивления и мощности, собираются совершенно одинаковые электрические цепи и производятся одни и те же отсчёты напряжения на участке и силы тока. Считается также, что проводить демонстрацию закона Джоуля-Ленца тоже нерационально, так как опыт занимает сравнительно длительное время (5—8 мин.) и сводится к взвешиванию самим учителем жидкости в калориметре, а также к отсчёту начальной и конечной температур; учащиеся могут произвести отсчёты лишь силы тока и времени.
Эта точка зрения приводится и рассматривается здесь, так как она установилась в практике некоторых школ. Однако, она является совершенно неверной. Наоборот — количество необходимых демонстраций по данной, весьма трудной для учащихся теме должно быть доведено до максимума в целях иллюстрации буквально каждого из введённых положений или закономерностей.
Действительно, большинство опытов на закон электрического тока единообразны по своей технике, и применяемые установки в нескольких Случаях точно повторяют друг друга. Однако, во всех случаях, несмотря даже на полное единообразие в технике, цели демонстрации являются всегда различными, а иногда и сами объекты, участвующие в измерениях, неодинаковы (реостат, проволочное сопротивление, лампочка, моторчик и т. п.).
Цель опытов на законы электрического тока заключается вовсе не в проверке, а тем более в установлении этих законов, так как это безусловно нельзя сделать на основании весьма несовершенных измерений. В самом деле, получаемые числовые данные лишь в некоторой мере будут соответствовать количественным взаимоотношениям, выраженным в законах. Цель демонстраций состоит в раскрытии при помощи опытов понятий о напряжении, силе тока и сопротивлении и в ознакомлении с методами установления зависимости между этими величинами.
В методическом отношении было бы совершенно неправильно ограничиться проведением демонстраций измерительного характера. Необходимо к каждому из законов дать ряд опытов вводного характера без установления количественных отношений, но указывающих на существование зависимости между величинами. Без этих вводных опытов одни демонстрации измерительного характера не могут привести учащихся ни к чему другому, как к формальному усвоению количественной связи между величинами, т. е. к заучиванию тех или иных формул.
г 45, 2
317
Как показывает практика, нельзя ограничиваться при изучении этого важнейшего отдела учения об электричестве одними демонстрациями, безусловно необходимо поставить и провести несколько лабораторных работ (§ 68, 4—5).
Преподаватель должен иметь в виду, что чем ближе результаты его измерений будут соответствовать количественным зависимостям, выраженным в законах, тем в более выгодном положении он окажется. Отсюда вытекает необходимость тщательного изучения технических условий для получения хороших результатов.
Своей основной целью данная работа ставит обучение студента технике применения измерительных приборов: амперметра и вольтметра (рис. 112 и ИЗ), при демонстрациях на законы электрического тока, но не решает методических вопросов в целом.
Ввиду важности владения навыками обращения с гальванометром, ниже приведены соответствующие сведения и характерные опыты с получением токов от термо- и фотоэлементов.
2. Обзор опытов по теме: «Сила тока». 1) Амперметр демонстрируется без рассмотрения его устройства, которое разбирается позднее при изучении тепловых действий тока (§ 46, 2) и электромагнетизма (§ 48, 2). При прохождении данной темы нужно показать, хотя бы с внешней стороны.различные типы амперметров: лабораторный (рис. 112); демонстрационный (рис. ИЗ); технический (рис. 111) и т. п., и ознакомить с назначением отметки полюсов на приборах.
О демонстрационном амперметре (рис. ИЗ и 114) и правилах его включения — см. § 15, 12 и раздел 6.
2)	Включение амперметра демонстрируют, присоединяя его последовательно с каким-либо прибором (лампочкой, моторчиком и т. п.) к двум-трём элементам или аккумуляторам. При этом обращается внимание учащихся на то, что при перемене местами проводов у клемм источника тока изменяется направление отклонения стрелки демонстрационного амперметра на обратное и что это явление может быть использовано для установления и определения направления тока.
3)	Понятие о градуировке амперметра вводится на основе демонстрации выделения меди в электролитической ванне с раствором сернокислой меди (§ 44, 7). Определённый ток устанавливают посредством реостата и измеряют силу тока амперметром (рис. 318). Взвешивание осадка производить нет необходимости; достаточно рассмотреть числовой пример с выделением серебра.
4)	Постоянство силы тока в неразветвлённой цепи показывают, включив два амперметра А и Ар один —до какого-нибудь прибора С (лампочки) и другой —после него (рис. 319,1). Весьма желательно по этому вопросу провести лабораторную работу (§ 68, 4).
318
J 45, 3
5) Правила Кирхгофа демонстрируются при помощи цепи, составленной из двух лампочек (желательноразличной мощности), соединённых между собой параллельно. Ампер-
Рис. 318. Схема для демонстрации градуировки амперметра.
метр (А1 и А2) включают сначала в разветвления и затем в общий провод (Лч или Л4) и показывают, что 1 = 1} Ч (Рис- 319, II). Установление этой зависимости позволит выяснить назначение шунтов у демонстрационного амперметра (§ 15, И и рис. 114).
Рис. 319. Схема демонстрации постоянства силы тока и закона К ирхгофа.
II
Весьма желательно при проведении лабораторной работы с амперметром предложить учащимся, повторяя демонстрации, осуществить такие же измерения.
3. Обзор опытов по теме: «Сопротивление». 1) Законы сопротивления металлических проводников демон
£ 45, 4
319
стрируются при помощи амперметра, подключаемого к проводам из различных материалов (с одинаковыми сечениями и длиной) и затем к проводам из одного какого-нибудь материала (обычно из никелина), но различного сечения. Подобные проводники натягиваются на доске, как показано на рисунке 320 (о постановке этого опыта — см. раздел 9).
2) Р е о ст а т ы. Из различного типа реостатов, описанных в § 43, в классе демонстрируются реостат с движком (рис. 306) и с переключателем (рис. 307). Демонстрацию следует проводить, составляя цепь последовательно из реостата, лампочки, демонстрационного амперметра и батареи или сети освещения (о расчёте — см. § 43, 3), с тем, чтобы показать по накалу лампы и по амперметру, как реостат изменяет силу тока.
Рис. 320. Устройство прибора для изучения сопротивления проводов.
Рационально провести также демонстрацию изменения числа оборотов электромотора посредством реостата (§ 49, 9 п рис. 385).
Показывать катушки и магазины сопротивления особой надобности нет.
При внеклассных занятиях важно познакомить с устройством реостатов — водяного (рис. 309) и лампового (рис. 308), что может иметь для учащихся практическое значение в бытовых условиях.
Для вечеров занимательной физики интересен опыт с изменением сопротивления проводника при его подогревании, в результате чего последовательно включённая с ним лампочка гаснет (см. Ф. Э., т. Ill, § 14, 3). Увлекателен и в то же время прост для осуществления опыт с ионной проводимостью стекла (рис. 321 и см. Ф. Э., т. III, § 14, 8).
4. Обзор опытов по теме: «Напряжение. Закон Ома». 1) Вол ьт-м е т р, так же как и амперметр, демонстрируют без рассмотрения его устройства. Однако при этом показывают, что для превращения гальванометра в вольтметр нужно присоединить
320
S 45, 4
последовательно добавочное сопротивление (§ 15, 12 и рис. 114). Следует продемонстрировать различные типы вольтметров: лабораторный (рис. 112); технический (рис. 111); демонстрационный (рис. 113 и 114), а также указать на роль обозначения полюсов.
2)	Напряжение источников тока показывают, присоединяя демонстрационный вольтметр к гальваническому элементу, аккумулятору, магнитоэлектрической машине (рис. 394). Весьма важно на опыте показать, что при параллельном соединении элементов напряжение остаётся таким же, как у одного из них, при последовательном — суммируется.
Рис. 321. Стеклянная палочка при накаливании докрасна становится проводником.
3)	Напряжение на различных участках цепи демонстрируют, *присоединяя лампочку от карманного фонарика параллельно к участкам никелинового или железного проводника, включённого в цепь из двух-трёх элементов (рис. 338). При этом обнаруживают, что чем длиннее участок включённого проводника, тем больше на нём напряжение. Важно показать также, что на участках цепи, имеющих различные сопротивления, напряжение будет тем больше, чем значительней сопротивление участка. Такая демонстрация описана в § 46, 6.
4)	Демонстрация на закон Ома для участка цепи по своей сущности подобна лабораторной работе, описанной в § 68, 5, и отличается от последней применением демонстрационных приборов — вольтметра и амперметра (см. раздел 10—13).
$ 45, 5
321
Затруднения технического порядка, кстати сказать, сравнительно легко преодолимые, заключаются в подборе подходящего источника тока и сопротивления.
Много упрощений при демонстрациях вносит применение в качестве сопротивления реохорда, т. е. никелинового провода, натянутого вдоль линейки с делением (рис. 322). На концах этого провода В установлены клеммы, служащие для включения его в цепь всего целиком. На линейке имеется также подвижной контакт А с клеммой, служащий для введения в цепь части этого провода. Провод для реохорда подбирается таким, чтобы его сопротивление было равно 10 омам, для чего он берётся соответствующей длины. На линейке наносят десять равных делений (услов-
Рис. 322. Реохорд.
ных); тогда провод длиной в одно деление станет соответствовать сопротивлению в 1 ом. Только при таком именно подборе сопротивления расчёты при демонстрациях будут сильно упрощены.
5)	Измерение сопротивления методом замещения требует применения лишь одного амперметра и магазина сопротивления. Об устройстве магазинов сопротивления — см. Ф. Э., т. III, § 11, 4.
6)	Измерение сопротивления вольтметром и амперметром по своей технике подобно демонстрации на закон Ома. При проведении демонстрации рациональнее всего воспользоваться техническими измерительными приборами и измерить сопротивление электроплитки или чайника1), включённых в цепь переменного тока на 120 V (рис. 329, II). Тогда демонстрация получит форму, отличающуюся от опыта «закон Ома», и, главное, расширит круг знаний учащихся. Кроме демонстрации, необходимо провести лабораторную работу (§ 68, 4).
5. Обзор опытов по теме: «Мощность тока», 1) Суждение о мощности на различных участках цепи производится
*) Можно применить вместо плитки мощную лампу, например, от эпидиаскопа в 300 W.
21 Е. Н. Горячкин
322
§ 45, a
на основании сравнения тепловых эффектов в цепи, составленной последовательно из проводов с различным удельным сопротивлением (рис. 339 и § 46, 6).
2) Электрический счётчик показывают в действии со снятой крышкой, присоединив к нему ламповый реостат (рис. 308). Ввёртывая одну лампу за другой, обращают внимание на увеличение скорости вращения якоря. Об устройстве счётчика переменного тока —см. Ф. Э., т. V, § 2, 14.
3) Измерение мощности амперметром и вольтметром рекомендуется проводить, взяв в качестве объекта модель электромоторчика (рис. 506). Затормаживая пальцем, можно показать изменение потребляемой мощности, что имеет важное принципиальное значение. Цепь составляется подобно установке на закон Ома (рис. 329).
Кроме демонстрации, на ту же тему обязательно проведение лабораторной работы (§ 68, 4).
6. Применение демонстрационного гальванометра. Об устройстве школьного демонстрационного гальванометра — см. § 15, 12 (рис. ИЗ).
Круг применения гальванометра как такового в семилетней школе невелик и ограничивается несколькими опытами: в классе — демонстрацией электромагнитной индукции (см. § 50, 5), при внеклассных занятиях —показами термо-и фотоэлектрических явлений (см. разделы 7 и 8). Но так как гальванометр является универсальным, превращаясь при добавлении к нему шунта или сопротивления соответственно в амперметр или вольтметр, то его употребляют при демонстрациях для всех измерений силы тока и напряжения.
Этими же приборами преподаватель обычно пользуется для различных измерений, нужных в процессе подготовки опытов и т. п.
При пользовании гальванометром надо прежде всего иметь в виду следующее:
1) Согласование направления тока и отклонения стрелки. Для упрощения определения полюсов у источников тока, а также с методической целью (§ 50, 5) важно, чтобы отклонение стрелки гальванометра было наглядно связано с направлением текущего через него тока. Это значит, что при отклонении стрелки от нуля слева направо левая клемма гальванометра должна присоединяться к положительному полюсу источника, а правая —к отрицательному, т. е. ток, текущий через гальванометр как бы слева направо, вызывает отклонение стрелки тоже слева направо (рис. 323). В гальванометрах по большей части это правило но соблюдено, и тогда нужно своими силами произвести раз навсегда переключение проводов, ведущих к клеммам, поменяв их местами.
§ 4», 6
323
2) Правила пользования универсальным демонстрационным гальванометром. При использовании гальванометра как такового, а также в ка-
рие. 323. Согласование отклонений гальванометра и тока.
честве амперметра (с шунтом) или вольтметра (с катушкой сопротивления) надо неукоснительно выполнять следующие требования:
I.	Прибор предназначен исключительно для постоянного тока;' включение же его в цепь переменного тока совершенно недопустимо.
II.	Использование прибора без шунта или сопротивления, т. е. в качестве гальванометра, должно ограничиваться случаями, когда напряжение источника тока заведомо равно ничтожным долям вольта: электромагнитная индукция (§ 50,5); термопара; фотоэлемент (разделы 7 и 8).
III.	Если напряжение источника тока точно неизвестно, но имеется основание предйолагать, что оно не выше нескольких вольт, то к прибору надо включить сопротивление, дающее вольтметр на 10 V (рис. 114), и только после этого произвести присоединение источника тока. Если прибор не даст отклонения вовсе или оно окажется малым (меньше IV), перей
21*
324
£ 45, 7
ти к вольтметру на 1 V. Только при ничтожном отклонении или отсутствии такового допустимо непосредственное присоединение гальванометра к источнику тока.
IV.	При пользовании прибором, как амперметром, обязательно должен быть включён шунт. Если ожидаемая сила тока в цепи неизвестна, то берётся сначала шунт, соответствующий шкале на 10 А, и только после этого возможно поставить шунт до 1 А, если окажется, что сила тока меньше 7 А.
V.	При замене сопротивлений, а тем более шунтов источник тока необходимо предварительно отключить.
7. Опыт I. Термоток.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный гальванометр. 2) Медная и никелиновая проволоки (I =10—15 см\ d =0,3—0,8 мм). 3) Спички.
Опыт служит для демонстрации термоэлектрического тока.
О термоэлементах и батареях — см. Ф. Э., т. III, § 29 и 31.
1) Взять два проводника из раз-
Рис. 324. Демонстрация
термоэлемента.
личных материалов, один —медный, другой —железный или никелиновый, или нихромовый, длиной в 10—15 см и толщиной в 0,3 — 0,8 мм. Одни концы двух проводников скрутить между собой; другие концы, оставшиеся свободными, присоединить к клеммам демонстрационного гальванометра (рис. 324). Эти два разнородных скрученных концами проводника образуют между собой термопару.
2) Место скрутки нагреть на пламени спички и наблюдать, что гальванометр даст
отклонение, обнаруживая тем самым возникновение термотока.
3) Судя по отклонению стрелки гальванометра, определить, какое из веществ образует положительный полюс термоэле-
мента.
§ 45, 8
325
8.	Опыт И. Фотоэффект,
Приборы и материалы:!) Селеновый фотоэлемент. 2) Демонстрационный гальванометр. 3) Электрическая лампа на 120 V на штативе. 4) Лист картона или фанеры (15 см X 15 см). 5) Штатив.
Опыт служит для демонстрации возникновения электрического тока в результате действия света на фотоэлектрический элемент. Наиболее подходящими для опыта являются селеновые фотоэлементы с запирающим слоем, так как они не требуют анод-
Рис. 325. Демонстрация фотоэлемента.»
ных батарей и дают сравнительно сильный электрический ток. Описание устройства и действия таких фотоэлементов —см. Ф.Э., т. VI, § 72, 5 и 9.
1)	Фотоэлемент укрепить на штативе и присоединить его к клеммам демонстрационного гальванометра (рис. 325).Закрыть фотоэлемент кусочком чёрной материи и поставить на расстоянии около метра от него электрическую лампу, укреплённую на штативе. Во избежание слепящего действия лампы, снабдить её глубоким колпаком так, чтобы свет шёл только в сторону фотоэлемента.
2)	Снять с фотоэлемента чёрную материю и показать, что стрелка демонстрационного гальванометра отклонилась, обнаруживая возникновение фотоэлектрического действия.
3)	Прикрыть фотоэлемент куском фанеры или картона и демонстрировать, что ток возникает только во время освещения фотоэлемента1).
И О применении фотоэлемента, как автоматического реле для пуска в ход мотора, включения освещения и т. п., — см. Ф. Э., т. VI, § 72, 13.
326
§ 45, 9
9.	Опыт III. Зависимость сопротивления от длины, поперечного сечения и вещества проводника.
Приборы и материалы:!) Проволоки с различными сопротивлениями (рис. 320). 2) Реостат с движком на 5—6 омов (рис. 306). 3) Батарея из 4—5 элементов (рис. 123) или аккумуляторов. 4) Демонстрационный амперметр с шунтами на 1 А и 10 А. 5) Демонстрационный вольтметр на 10 V. 6) Провода для соединений.
Опыт служит для обнаружения, что сопротивление зависит от вещества, длины и поперечного сечения проводника. Попутно следует произвести измерение сопротивления проводов способом вольтметра и амперметра, что не является предметом демонстрации при первом опыте по вопросу о сопротивлении.
1)	Рассчитать по формуле:
сопротивления взятых проводов, принимая удельные сопротивления для никелина 0,4 и для железа 0,1. Выяснить, каких сил то-
Рис. 326. Демонстрация сравнения сопротивлений проводников.
ка следует ожидать при включении каждого из проводников в цепь батареи из 4—5 гальванических элементов. На основании вычислений определить, какой шунт —до 1 А или до 10 А —надо взять для амперметра, какое наименьшее число элементов необходимо, чтобы при включении наиболее тонкого проводника получить ясно видимое отклонение амперметра (с шунтом до 1 А). Особо рассмотреть вопрос о включении медного проводника, чтобы не получить короткого замыкания. При пользовании аккумуляторами необходимо включение реостата R с движком (на 5—6 омов) (рис. 306) последовательно с медным проводником.
45, 10
327
2)	Измерить силу тока, текущего через каждый из проводников (различные материалы, но одинаковые сечения и длины и различные сечения, но одинаковые материалы). Для этого последовательно с каждым из них включать амперметр до 1 А (для меди до 10 А) (рис. 326). При этих же опытах, включая параллельно проводникам вольтметр, измерить напряжение на их концах.
3)	На основании полученных сил токов вывести заключение о зависимости сопротивления от вещества и поперечного сечения проводников. Вычислить сопротивления их.
4)	Продемонстрировать зависимость сопротивления от длины проводника, присоединив один провод от батареи к его концу, а другой смещая вдоль проводника (рис. 322) и тем самым удлиняя или укорачивая включённый участок.
5)	Проверить, насколько обеспечивается видимость; применить подставки для приборов.
Рис. 327. Схема демонстрации зависимости силы тока от напряжения с реохордом.
10.	Опыт IV. Зависимость силы тока от напряжения.
Приборы и материалы: 1) Реохорд (рис. 322). 2) Демонстрационные — амперметр на 1 А и вольтметр на 10 V. 3) Три-четыре гальванических элемента типа МВД или сухих (рис. 123). 4) Два-три кислотных (рис. 117) или три-четыре щелочных (рис. 118) аккумулятора. 5) Провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации той части закона Ома, которая устанавливает количественную зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении. Своей же основной целью опыт имеет выяснить, какие источники тока являются наиболее подходящими для получения числовых данных, позволяющих заключить о прямой пропорциональности между током и напряжением. В качестве сопротивления выгоднее всего взять реохорд (рис. 322), указания о конструкции которого приведены в разделе 4.
1)	Собрать цепь, показанную источника тока сначала сухие вода присоединить к одному из и к подвижному контакту С.
2)	Включить сначала один элемент и, передвигая контакт, получить такой ток через проводник, который вызывал бы заметное отклонение стрелки амперметра (например, 0,1 А). Вольтметр присоединить к клеммам элемента и измерить напряжение.
на рисунке 327, взяв в качестве гальванические элементы. Проконцов проводника В реохорда
328
£ 45, 11
Включить два элемента, не изменяя взятого сопротивления, и измерить ток и напряжение. Повторить опыт для трёх, а затем четырёх элементов.
3)	Выяснить, насколько полученные величины позволяют заключить о прямой пропорциональности силы тока и напряжения. Принять в соображение влияние внутреннего сопротивления.
4)	Проделать подобные же опыты, взяв аккумуляторы и подобрав для одного включённого аккумулятора ток, равный, примерно, 0,1—0,05 А. Выяснить, насколько результаты измерений согласуются с законом Ома относительно зависимости силы тока от напряжения.
5)	Сравнить между собой результаты опытов, полученные с гальваническими элементами и с аккумуляторами, с целью выяснить, какие источники тока являются наиболее подходящими для установления количественного отношения между силой тока и напряжением.
6)	Проверить, насколько обеспечивается видимость демонстрации; применить для приборов подставки.
11.	Опыт V. Зависимость падения напряжения от сопротивления при неизменном токе.
Приборы и материалы: 1) Реохорд (рис. 322). 2) Демонстрационные— вольтметр на 10 V и на 1 V и амперметр до 1 А. 3) Три-четыре гальванических элемента. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для обнаружения количественных отношений между сопротивлением участка при постоянной сил
е
Рис. 328. Схема демонстрации зависимости падения напряжения от сопротивления.
и падением напряжения на нём тока.
1)	Собрать схему, показанную па рисунке 328, присоединить весь провод BD реохорда через амперметр к трём-четырём гальваническим элементам. Взять такое количество элементов, чтобы в цепи шёл ток, при котором амперметр до 1 А давал бы заметное отклонение (0,1 А—0,05 А).
2)	Вольтметр приключить к одному из концов В провода реохорда и к подвижному контакту С.
3)	Произвести измерение падения напряжения в проводе реохорда сначала для всей его длины, затем для 0,9; 0,8; 0,7; ... 0,1 этой величины, устанавливая для этого подвижной контакт соответствующим образом при помощи делений шкалы.
4)	Пользуясь полученными при измерениях данными и считая сопротивления соответственно равными: 10; 9; 8 и т. д. пре-
§ 45, 12—13
329
извольным единицам, установить, насколько по этим величинам можно заключить о прямой пропорциональности между сопротивлением и падением напряжения.
5)	Проверить, насколько обеспечивается видимость демонстрации; применить подставки для приборов.
12.	Опыт VI. Зависимость силы тока от сопротивления при постоянном напряжении.
Приборы и материалы: 1) Реохорд (рис. 322). 2) Демонстрационные вольтметр на 10 V и амперметр до 1 А. 3) Три-четыре гальванических элемента и два-три аккумулятора. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для установления количественных отношений между силой тока и сопротивлением при постоянном напряжении.
1)	Собрать установку, показанную на рисунке 327, включив батарею и амперметр к одному из концов В провода реохорда и к подвижному контакту С. Вольтметр присоединить к клеммам батареи.
2)	Напряжение батареи подобрать таким, чтобы при положении подвижного контакта, включающем в цепь весь провод реохорда, ток вызывал заметное отклонение амперметра (0,1—0,2 А).
3)	Передвигая подвижной контакт, брать сопротивления, соответствующие 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; ... и т. д. длины всего провода реохорда, и производить отсчёт по амперметру. Опыт производить только до тех пор, пока показания вольтметра остаются неизменными.
4)	Повторить такой же опыт, взяв вместо гальванических элементов аккумуляторы.
5)	На основании полученных при измерениях данных выяснить, насколько эти данные позволяют судить об обратной пропорциональности между силой тока и сопротивлением и какие источники тока являются для опыта наиболее подходящими.
6.	Проследить, насколько обеспечивается видимость демонстрации; применить подставки для приборов.
13.	Опыт VII. Закон Ома.
Приборы и материалы.!) Реохорд (рис. 322). 2) Демонстрационные вольтметр на 10 V и на 1 V и амперметр до 1 А. 3) Три-четыре гальванических элемента. 4) Провода для соединений.
Опыт служит для установления количественных отношений между величинами тока, напряжения и сопротивления на участке цепи.
1)	Собрать установку, подобную изображённой на рисунке 327, с той разницей, что вольтметр присоединить параллельно включаемому участку ВС реохорда (рис. 329, I); практическое осуществление установки представлено на рисунке 329, II.
330
£ 45, 14
2)	Изменяя посредством подвижного контакта сопротивление,
тока и сопротивления.
3) Уменьшить и затем увеличить напряжение батареи и повторить такие же измерения.
4) Выяснить, насколько полученные результаты позволяют судить о существовании зависимости, выражаемой законом Ома.
14. Вопросы к отчёту студента:
1) Наметить демонстрации по теме для 7 класса. Определить
производить отсчёты напряжения,
Рис. 329, I. Схема демонстрации зависимости между напряжением, силой тока и сопротивлением (закон О м а).
их целевую установку. Сделать зарисовки опытов в тетрадях.
2)	Какой эффект вызовет не нагревание, а охлаждение спая (скрутки) термоэлемента (рис. 324)?
3)	Имеется ли надобность производить опыт с фотоэлементом в затемнённом помещении (рис. 325)?
Рис- 329. II. Измерение сопротивления электроплитки.
4)	Зависит ли напряжение у гальванических элементов и аккумуляторов одинакового типа от их размеров?
5)	Можно ли соединять параллельно: элементы сухой (рис. 123) и Грене (рис. 122) или аккумуляторы щелочной (рис. 118) и кислотный (рис. 117)?
6)	Можно ли в опыте, выясняющем зависимость сопротивления от вещества и размеров проводника, пользоваться амперметром, дающим неверные показания (рис. 326)?
7)	Почему на реохорде (рис. 322) деления могут быть взяты любые, а не соответствующие метрическим мерам?
$ 46, 1—2
331
8)	Почему именно при демонстрациях на закон Ома в качестве сопротивления берётся реохорд, а не магазин сопротивлений или другое какое-нибудь сопротивление?
9)	Как сказывается на успехе опытов величина внутреннего сопротивления источников тока при демонстрациях на закон Ома?
§ 46. Тепловые действия тока.
Методические указания — см. т. I, § 99. Изготовление приборов — см. т. III, § 45.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 63 и рис. 271—278.
1. Методические замечания. Если не считать демонстрации вольтовой дуги, то остальные опыты по данной теме единообразны по технике своего выполнения и сводятся к накаливанию током проводников. Это сравнительно легко осуществить от нескольких элементов Грене или аккумуляторов и совсем просто — от сети освещения.
Кроме этих опытов, надо показать различные типы нагревательных приборов (рис. 130), электропечей (рис. 266) и т. п. Наконец, изучается электрическое освещение, именно устройство электрических лампочек и предохранителей.
Количество интересных для учащихся вопросов, которые могут быть рассмотрены на внеклассных занятиях по физике, весьма значительно. Важнейшим из них является изучение устройства осветительной проводки и сообщение элементарных навыков по её монтажу, что имеет важнейшее практическое значение для учащихся. Методика проведения такого кружка изложена в книге Горячкина «Как рассчитать и сделать электрическую проводку»; там же подробно описана техника электромонтажного дела. Практически важной для кружковой работы является также тема: «Нагревательные приборы»; во время этих занятий учащиеся знакомятся с изготовлением простейших нагревательных приборов и ремонтом электроплиток.
Большой интерес для изучения представляет собой вопрос о вольтовой дуге и её применении в технике (окисление азота, сварка, дуговая печь) (см. Ф. Э., т. IV, § 21, 5; т. III, § 27, 6 и § 28 , 4). Для вечеров занимательной физики настоятельно рекомендуются поражающие учащихся демонстрации электропечей с угольными зёрнами, с водным раствором соды и индукционной электропечи (см. Ф. Э., т. III, § 28, 5 и 6 и т. V, § 4, 10). В настоящую работу включены также опыты, не имеющие отношения к данной теме, но подобные по технике своего осуществления, именно: удлинение проволоки при нагревании (§ 36, 2) и падение напряжения в электрической цепи. Эта последняя демонстрация проводится в классе при изучении закона Ома (§ 45, 4).
2. Обзор опытов по теме: «Зависимость нагревания от силы тока и сопротивления». 1) Нагревание проводника
332
£ 46, 3
показывают, пропуская через него ток. Увеличивая постепенно ток, о чём судят по амперметру, доводят провод до красного каления (см. раздел 5).
2) Зависимость нагревания от сопротивления демонстрируют при помощи цепочки из проводов с различными удельными сопротивлениями (см. раздел 6).
3) Закон Джоуля-Ленца — см. § 68, 1.
Рис. 330. Модель теплового амперметра.
3. Обзор опытов по теме: «Применение тепловых действий тока». 1) Модель теплового амперметра нетрудно создать своими силами. Простейшая из них состоит из длинного провода АВ, нагреваемого током. Этот провод на одном конце укреплён неподвижно, а на другом соединён с рычагом С (2-го рода), оттягиваемым пружиной D (рис. 330).
Другая модель, более сложная по своему устройству (см. т. I, рис. 211, II), знакомит с конструкцией теплового измерительного прибора (описание устройства этих моделей —см. т. Ill, § 45 и Ф. Э., т. Ill, § 23, 4 и 5). Здесь же уместно продемонстрировать тепловые амперметр и вольтметр, выпускаемые Главучтехпромом (§ 15, И и рис. 110).
2)	Плавкий предохранитель. Действие плавкого предохранителя показывают, сжигая током тонкий медный провод, натянутый между двумя клеммами, укреплёнными на дощечке (рис. 331). Медные провода толщиной в 0,2 мм, 0,15 мм и 0,1 мм плавятся соответственно при токах силой около 5,8 А, 5,3 А и 2,8 А. Указания о силе токов, плавящих проволоку различных сечений из меди, железа, никелина и др., —см. Ф. Э., т. III. § 1, 2, таблица 5.
Этот опыт сжигания проволоки током может быть использо-
5 46, з
333
ван также как демонстрация действия электрических запалов, применяемых в военном деле. Для повышения эффекта рекомендуете; я на проволоку, сжигаемую током, заранее насыпаль маленькую щепоточку чёрного охотничьего пороха, дающего вспышку с клубом дыма. Надо показать также технические плавкие предохрани юли: пластинчатые, трубчатые (рис. 27 и 28) и про-
Рис. 331. Демонстрация действия плавкого предохранителя.
бочные (см. т. I, рис. 215). Описание их устройства — см. Ф. Э., т. Ill, § 25, 1.
3)	Нагревательные приборы. Демонстрируются наиболее типичные из бытовых нагревательных приборов, именно:
нагреватель «минутка» для кипячения воды в любом сосуде (рис. 131); электрическийчай-ник или кастрюля и их нагревательный элемент (рис. 332); плигка (рис. 130, I) и отражательная печь (рис. 266). Описание их — см. Ф. Э., т. Ill, § 28, 1 и 3.
Нихром
Рис. 332. Нагревательный элемент от электрического чайника.
4)	Э л е к т р и-
ческие лампочки и освещение. Необходимо продемонстрировать различные типы лампочек, накаливая их: обычную осветительную (рис. 71, I), биспиральную и мощную кинопроек
334
$ 46, 4
ционную(рис. 71, III). При этом важно, согласно указаниям, данным в § 13, 13, спроектировать посредством линзы или объектива волосок лампочки на экран, чтобы показать, что он скручен одинарной, а то и двойной спиралью.
Крайне желательно достать также для демонстрации лампочку с угольным волоском. Описание типов ламп, их световые и электрические характеристики —см. Ф. Э., т. III, §26, 1—3.
Вполне уместно показать свечение неоновой лампочки (рис. 333) (см. Ф. Э., т. IV, § 27, 1), характеризуя её как первую по
пытку использования в технике лей освещения, приведшей в настоящее время к изобретению мощных газосветных .ламп — аргоновые и неоновые трубки (рис. 334); натриевые (рис. 335
явления свечения газов для це-
Рис. 334. Неоновая газосветная трубка от рекламной вывески.
Рис. 333. Неоновые лампы I—электроды состоят из двух спиралеобразных проволок. II — электроды пластинчатые в виде букв.
и 336) и ртутные (рис. 337), лампы дневного света с люминесци-рующими веществами. Во всех газосветных лампах свечение возникает отнюдь не в результате теплового эффекта, но вследствие явления люминесценции.
4. Вольтова дуга. 1) Лампы для вольтовой дуги. Лампы, или регуляторы, для вольтовой дуги представляют* собой приспособления, служащие для сближения углей до соприкосновения и затем для раздвигания их на некоторое определённое расстояние. Наибольшего внимания заслуживает регулятор постоянного тока, показанный на рисунке 341. Устройство
$ 4G, 4
335
регулятора у проекционной оптической скамьи описано в § 13,5 (рис. 70).
2) Включение вольтовой дуги. Дуга при напряжениях (переменного или постоянного тока), меньших 30 V, гореть не будет. Наиболее просто питать маленькую дугу от сети освещения через проволочный реостат, в качестве которого проще всего использовать электроплитку или спираль от неё. Много экономнее пользоваться (при переменном токе) трансформатором (см. § 51, 3), но и в этом случае необходим «успокоительный»
Рис. 335. Натриевая лампа.
А и В — стеклянные оболочки, образующие «дьюаров сосуд».
Рис. 336. Натриевая лампа в разобранном виде.
С — трубка, где происходит ионный разряд.
реостат (на 2—3 ома), иначе дуга спокойно гореть не будет. Для кратковременной демонстрации дуги можно пользоваться водяным реостатом (см. раздел 7)ч
4)	Демонстрация вольтовой дуги состоит из опыта, описанного в разделе 7, и проектирования её на экран (§ 55, 5)
5.	Сварка и паяние вольтовой дуги — см. Ф. Э., т. III. § 27, 6,7).
6)	Окисление азота — см. Ф. Э., т. IV, § 21, 5.
336
§ 4G, 5
Рис. 337. Ртутная лампа.
А — вспомогательный электрод, вызывающий ионный разряд в аргоне, что нужно для зажигания лампы; В и С — электроды, между которыми происходит разряд; Е — наружный стеклянный баллон для теплозащиты ртутной лампы D; R — ограничивающее ток сопротивление
5.	Опыт I. Накаливание током проводника.
Приборы и материалы: 1) Никелиновый или нихромовый провод (d =0,3—0,5 мм). 2) Два лабораторных штатива. 3) Водяной реостат (рис. 309). 4) Амперметр переменного тока до 10 А (рис. ПО). 5) Два элемента Грене. 6) Бумага. 7) Ножницы. 8) Панель с двумя клеммами. 9) Медный провод (d = 0,1—0,15 мм). 10) Провода для соединений.
Опыты служат для демонстраций: нагревание током провода, действие предохранителя и также, попутно, удлинение провода при его нагревании.
1)	Взять спираль для плитки (рис. 130) и отрезать от неё примерно одну четверть. Оставшуюся часть распрямить 1) и подвесить между лапками двух штативов, подобно установке, показанной на рисунке 339. Последовательно с этим проводом включить водяной реостат (§ 43, 5 и рис. 309) и амперметр переменного тока до 10 А (рис. 110).
2)	Подвесить на провод «гусарики» из полосок бумаги (§ И, 3, и рис. 42, I).
3)	Присоединить цепь к сети на 120 V, сделав сопротивление водяного реостата наибольшим.
4)	Постепенно увеличивать ток до получения ясно заметного провеса провода. Выяснять, насколько обеспечивается видимость на расстоянии.
Для упрощения распрямления новую спираль сначала отжечь, накалив её током. Распрямлять, раскручивая виток за витком.
§ 46, 6
337
5)	Ещё увеличить ток, и, наконец, получить накаливание провода докрасна.
6)	Между клеммами на панельке натянуть медный провод толщиной не более 0,15 мм (лучше 0,1 мм) и включить его в сеть освещения через водяной реостат и амперметр (рис. 331). Увеличивая ток, определить, при какой его силе сгорит этот провод, изображающий плавкий предохранитель.
7)	Взять 3—4 см нихромовой или никелиновой проволоки (d =0,2—0,Зжж) и скрутить её на карандаше в виде плотной спирали. Концы спирали присоединить возможно более надёжно к толстым медным проводам (от шнура освещения в 1,5—2,5 мм* 2). Свободные концы этих проводов плотно зажать под клеммы элемента Грене1). Опустить цинк в электролит на короткое время. Если нихромовый проводник не раскалится, проделать опыт вновь, взяв два элемента Грене и соединив их сначала параллельно, а затем последовательно. Результаты сравнить.
6.	Опыт II. Зависимость количества выделяемой теплоты от сопротивления.
Приборы и материалы:!) Проволока—медная, никелиновая и железная (d = 0,2—0,5 мм; I = 30—40 см). 2) Водяной реостат. 3) Два лабораторных штатива. 4) Батарея элементов или аккумуляторов на 6—8 V. 5) Ключ (рис. 489). 6) Три лампочки от карманного фонарика с патронами. 7) Демонстрационный вольтметр до 10 V (рис. ИЗ). 8) Штангенциркуль или винтовой микрометр. 9) Провода для соединений.
Опыт служит для обнаружения, что количество выделяемой током теплоты зависит от сопротивления провода.
Попутно здесь же ставится опыт, показывающий, что падение напряжения на различных участках цепи определяется сопротивлением этих участков (закон Ома, § 45, 11).
1)	Подобрать железную2) и никелиновую проволоки одинакового диаметра (не толще 0,5 мм) и примерно такой же толщины медную3). Провода разрезать на куски цриблизйтельнб одинаковой длины (/ = 15—20 см). Скрутив их концы, составить цепочку из трёх звеньев: медь, железо, никелин. Подвесить цепочку горизонтально между лабораторными штативами.
2)	Присоединить к цепочке через ключ батарею наб—8V. Присоединяя демонстрационный вольтметр до 10 V сначала к медному, затехМ железному и, наконец, к никелиновому звену, измерить напряжения на участках и сравнить найденные величины.
г) Элемент должен иметь свежую жидкость.
2) Взять стальную проволоку (струну); для придания ей мягкости отжечь на пламени спиртовки.
2) В крайнем случае железо можно взять немного толще, но не наоборот.
22 Е. н. Горячкин
338
§ 46, 6
3)	Подвесить, как показано на рисунке 338, три лампочки от карманного фонарика. Сравнить получаемый накал лампочек.
4)	Проверить, как обеспечивается видимость в обоих опытах
Рис. 338. Демонстрация падения напряжения на различных участках цепи с лампочками.
(пункты 2 и 3). Принять меры к тому, чтобы звенья цепочки оказались видимыми.
5)	Удлинить цепочку, прибавив ещё два новых звена (из меди, железа, никелина), и подвесить её к двум штативам (рис. 339).
Рис. 339. Демонстрация неодинакового выделения теплоты на различных участках цепочки.
Присоединив водяной реостат, включить цепочку в сеть на 120 V. Уменьшая сопротивление реостата, получить сильный накал никелинового провода и слабый железного.
6)	Проверить, как обеспечивается видимость опыта. Применить частичное затемнение помещения.
г 7
339
7.	Опыт III. Вольтова дуга.
Приборы и материалы: 1) Лампа для вольтовой дуги (рис. 341 и 70). 2) Два угля толщиной в 6—8 мм. 3) Лабораторный штатив с двумя лапками. 4) Водяной реостат (рис. 309). 5) Ламповый реостат с лампами общей мощностью до 1 kW (рис. 308). 6) Оконное стекло (40—50 смХ40 — —50 см). 7) Керамика со спиралью или плитка (рис. 130). 8) Кусочки асбеста. 9) Амперметр переменного тока до 20—25 А (рис. 110). 10) Провода для соединений.
Опыты служат для ознакомления с различными простейшими способами получения вольтовой дуги от сети освещения на 120 V. О более надёжном и экономном способе — см. § 43, 5. При ра-
боте с вольтовой дугой совершенно необходимо защищать свои глаза очками с синими стёклами, во избежание тяжёлого поражения сетчатки ультрафиолетовыми лучами. За неимением синих очков можно воспользоваться обычными (с простыми стёклами), употребляемыми слесарями и токарями, слегка закоптив их стёкла.
1)	Взять лампу для вольтовой дуги АВ и изучить её устройство, выяснив назначение каждого из её регулирующих винтов (рис. 70 и 341). На лабораторном штативе между двумя лапками поместить два угля, изолировав их асбестом от соприкосновения с металлом (рис. 340). Нижний уголь закрепить наглухо, верхний— настолько, чтобы его можно было приводить- в соприкосновение с нижним и отодвигать от него, вытягивая для этого вверх (под током рукой брать через сухую тряпку!).
2)	Соединить последовательно с воль- < товой дугой амперметр переменного тока до 20—25 А и водяной реостат (§ 43, 8
Рис. 340. Использование штатива для демонстрации вольтовой дуги.
и рис. 309), вместо
показанного на рисунке 341 реостата с коммутатором.
Размешать брошенную в воду соду (соды взять чайную ложку) и, замкнув угли вольтовой дуги накоротко, прогреть электролит током до получения тока в 5—6 А при отодвинутых возможно далее друг от друга пластинах. Надев очки, раздвинуть угли на несколько миллиметров и получить дугу. Сдвигая пластины реостата, увеличивать ток максимум до 5—6 А.
3)	Взять небольшой лист стекла и слегка закоптить его на коптящем пламени спиртовки со скипидаром. Установить стекло так, чтобы оно защищало «глаза учащихся» от излучений1).
х) Оконное стекло поглощает все ультрафиолетовые лучи; закапчивание защищает от чересчур сильного слепящего света.
2251
340
§ 46, 8
С расстояния проверить, насколько хорошо видна горящая вольтова дуга.
4)	Заменить водяной реостат ламповым с тремя мощными лампами по 300 W или 500 W (рис. 308); ввернув одну из них,попытаться получить дугу. Затем сделать то же при двух и, наконец, при трёх лампочках.
5)	Заменить ламповый реостат спиралью (от электроплитки), укоротив спираль примерно до 1/21>. Получить дугу, измерить силу тока. Если ток окажется меньше 3—4 А и дуга станет гореть неустойчиво, постепенно укорачивать спираль плитки.
Замечание. Если работа, описанная в § 70, 2, не выполнялась или не будет выполняться, то согласно указаниям, данным там, спроектировать вольтову дугу на экран и продемонстрировать окрашивание её пламени введением солей металлов (рис. 62), плавление кирпича и т. п.
8.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить опыты по теме для 7 класса. Определить их целевые установки. Сделать зарисовки опытов в тетради.
2)	Как экспериментально найти сопротивление проволоки никелиновой, железной и др.?
3)	Какими простыми расчётами можно выяснить сопротивление всей или 1 см спирали в плитке (например, для плитки на 120 V и 500 W)?
4)	Почему в опыте накаливания провода от гальванических элементов берётся провод, закрученный спиралью, а не прямой? Какую конструктивную особенность в лампочке можно этим объяснить?
О Спираль сильно нагревается током, почему её следует вложить в керамику.
§ 47 1
341
5)	Можно ли для опыта (рис. 338) воспользоваться аккумуляторами, элементами МВД и «Геркулес» (рис. 124)?
6)	Какое из соединений элементов Грене — параллельное или последовательное — оказывается более выгодным для опыта (рис. 338) и при каких условиях?
7)	Почему при составлении цепочки (рис. 339) дано указание, что железный провод может быть взят немного толще никелинового, но не наоборот?
8)	Почему в опыте с цепочкой (рис. 339) рекомендуется брать звенья длиной в 15—20 см, а не меньше?
9)	Почему нельзя зажечь вольтову дугу от преобразователя на 12 V (рис. 36 и 37)?
10)	Почему при описании получения вольтовой дуги даются указания, чтобы ток не превышал 5—6 А?
11)	Какие недостатки водяного реостата особенно сказываются при получении вольтовой дуги?
12)	Можно ли воспользоваться для получения вольтовой дуги реостатом с маломощными лампами?
§ 47. Магнетизм.
Методические указания — см. т. I, § 100.
И з го товление приборов — см. т. III, § 46. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 64 и 65 и рис. 279—285.
1.	Методические замечания. Опыты по магнетизму в семилетней школе не сложны. На основании их вводятся понятия: о полюсах, о распределении магнетизма, о составлении и делении магнитов, о магнитной индукции и о магнитном поле. Установилось мнение, что все эти опыты настолько примитивны, что не требуют никакой предварительной подготовки. Однако, именно опыты по магнетизму далеко не просто сделать хорошо видимыми для учащихся, что заставляет некоторых преподавателей взамен демонстрационного эксперимента ставить лабораторные работы. Между тем при соответствующей предварительной подготовке можно обеспечить достаточную видимость. Производить эти опыты надо так, как это описано далее, не внося упрощений, а тем более не отказываясь от применения штативов, подставок и пр.
Наиболее же правильно провести демонстрационный эксперимент и затем организовать лабораторную работу на ту же тему. Более того, весьма полезно, раздав учащимся по магниту, поручить им произвести ещё ряд экспериментов дома.
При проведении данной работы должно быть обращено наибольшее внимание на обеспечение демонстративности и, в частности, в широкой мере практиковать применение подставок, экранов и т. п. Основным условием для получения достаточного эффекта, подразумевая под *Этим наглядность и выразительность демонстрируемых явлений, является необходимость располагать возможно более сильно намагниченными магнитами (см. раздел 3). Крайне желательно достать для опытов магниты из специального сплава, обладающие огромной подъёмной силой (сАм. т. I, рис. 218-220).
342
§ 47, 2
2.	Набор по магнетизму. Аппаратура для демонстраций по магнетизму крайне несложна и поэтому обеспечивается набором
по магнетизму, выпускаемым Главучтехпро-мом. Этот набор состоит из нескольких прямых и U-образных магнитов, набора больших и малых магнитных стрелок, мешочка с опилками, коробки с ситом, набора пара- и диамагнитных тел, двух колец — одного железного и другого латунного и пр. (рис. 342). Прежде всего следует обратить внимание на правильное хранение магнитов, во избежание их размагничивания. Главучтех-промом принята стан-
Рис. 342. Набор по магнетизму.
дартная окраска полюсов магнитов, именно северные полюсы всегда окрашены в синий цвет и южные — в красный. При хранении U-образные магниты складываются между собой разноимёнными полюсами, точно так же укладываются большие
Рис. 343. Основные детали набора.
I— прямые магниты. II— U-образные магниты. III и V — магнитные стрелки. IV — астатическая система на скобке VI.
§ 47, 3—4
343
Рис. 344. Естественный магнит в оправе.
Первый способ применяют, когда
стрелки и прямые магниты, соединяемые на концах якорями из железа. Все U-образные магниты, не имеющие себе пары, совершенно необходимо хранить с железными якорями К (рис. 343, I), замыкающими полюсы. Этот якорь для превращения его в мягкое железо, не имеющее остаточного магнетизма, следует нагреть до красного каления и дать ему возможно более медленно остыть. Проще всего это осуществить, положив брусок в топящуюся печь и оставив его там до полного её остывания.
Так как раскраска полюсов является «стандартной» и к такому обозначению надо приучать учащихся, то следует следить за правильностью её у магнитных стрелок, которые при опытах могут быть легко перемагничены (рис. 40, II).
Правила хранения и обращения с магнитами — см. в § 69, 3 и рис. 343.
3.	Намагничивание. Приобретение навыков по намагничиванию весьма важно для преподавателя. Намагничивание производится двумя способами: а) посредством соприкосновения намагничиваемого предмета с сильным стальным магнитом или лучше электромагнитом и б) при помощи электрического тока,
намагничиваемые предметы относительно невелики по своим размерам и нет надобности получить особо сильное намагничивание. О намагничивании, этим способом — см. раздел 5. Дополнительные указания о намагничивании — см. Ф. Э., т. III, § 39, 4 и т. IV, § 6, 13.
При намагничивании током объект располагают внутри катушки, по которой пропускается возможно более сильный постоянный электрический ток. При этом, чем большее количество витков имеет катушка, тем лучше (см. т. Ill, § 46).
4.	Обзор опытов по теме: «Магнетизм». 1) Естественный магнит состоит из куска магнитного железняка, укреплённого между двумя железными пластинками, снабжёнными полюсными наконечниками (рис. 344). Эта оправа предназначена для того, чтобы магнит при хранении не размагничивался; для этого его полюсные наконечники всегда должны быть замкнуты железным якорем. Если магнитный железняк оказывается размагниченным, то его нетрудно намагнитить, помещая его вместе с оправой между полюсами сильного электромагнита. При демонстрациях оправу снимают и показывают притяжение опилок маг нитным железняком.
344
47, 4
2)	Формы искусственных магнитов разнообразны. Наиболее часто встречающиеся формы приведены на рисунке 345; из них наиболее интересной является кольцо (VIII), применяемое в телефонных трубках. Объяснить и показать расположение полюсов у кольца можно, сложив одноимёнными полюсами два U-образных магнита (рис. 356, I).
3)	Распределение магнетизма показывают при помощи опилок и затем мелких гвоздей (обойных) или шу-
VII
Рис. 345. Различные формы магнитов.
на части — см. § 69, 4. магнита—опыт ясен из рисунка 346. индукция — см. раздел 9.
поле характеризуется в эксперимен-
рупов (рис. 349). Распределение магнетизма демонстрируется также при помощи прямого магнита с подвешенными к нему обойными гвоздями (рис. 350) (см. раздел 6).
4)	Полюсы и их взаимодействие наблюдают посредством прямого магнита, подвешенного на стремечке, или при помощи магнитной стрелки, действуя на их полюсы другим магнитом (см. раздел 8). Взаимное-ослабление разноимённых полюсов и равенство полюсов магнита осуществляется на опытах, изображённых на рисунках 351 и 352.
5)	Деление магнита
6)	Составление
7)	Магнитная
8)	Магнитное
тальном отношении двумя способами: расположением магнитных стрелок и получением магнитных спектров. Вопрос о получении спектров, закреплении их и демонстрации рассмотрен подробно в § 24, 8 и § 69, 2 и 5.
Демонстрации с магнитными стрелками заключаются в показе расположения их в магнитном поле магнита той или иной формы (см. раздел 10).
§ 47, 5
345
9)	Земной магнетизм. Устройство школьного компаса (рис. 504) общеизвестно; применение его для лабораторной работы описано в § 69, 4. Учащимся следует поручить дома сделать «компас» из намагниченной иголки, положенной на поверхность воды в блюдце. Вопрос о горизонтальной слагающей земного магнетизма в семилетней школе не рассматривается, но прибор, известный под названием «простейшийгальваноскоп» (рис. 357, II), оказывается иногда полезным при опытах по электромагнетизму (§ 48, 2).
Рис. 346. Составление магнитов в группы.
Намагничивание стержня (например, стойки от лабораторного штатива) в земном поле — интересный опыт, проведение которого рекомендуется при внеклассных занятиях. О технике такого намагничивания —см. Ф. Э., т. III, § 41, 1 и там же рисунок 552.
5.	Опыт I. Намагничивание.
Приборы и материалы: 1)' Магниты — U-образный и два прямых. 2) Объекты для намагничивания — полотно от слесарной ножовки, плоский напильник, ножцицы, лезвия безопасной бритвы, стальные перья и т. п. 3) Железные опилки. 4) Мелкие гвозди или шурупы. 5) Круглый электромагнит (рис. 365). 6) Три-четыре гальванических элемента или аккумулятора. 7) Провода для соединений.
Опыты служат для приобретения навыков по намагничиванию путём соприкосновения.
346
§ 47, 5
1)	Для намагничивания взять какой-либо стальной предмет: напильник, полотно от слесарной ножовки, вязальную спицу и т. п. Положить намагничиваемый предмет на стол, и, взяв в руки прямой магнит, проводить поочерёдно, то одним его полюсом, то другим, от середины предмета до его конца (рис. 347). При этом
Рис. 347. Намагничивание постоянным магнитом.
Рис. 348. Намагничивание током небольших стальных предметов посредством круглого электромагнита.
необходимо следить за тем, чтобы движение определённого полюса магнита происходило около одного и того же конца намагничиваемого тела, т. е. на левой половине тела следует во всех случаях проводить, например, южным полюсом, а по правой — обязательно другим —северным. Удобнее взять два прямых магнита и проводить одновременно двумя разноимёнными полюсами по различным половинам предмета.
2)	Для выяснения степени получаемого намагничивания судить по количеству притягиваемых телом опилок, мелких гвоздей или шурупов, для чего время от времени производить соответствующие пробы.
3)	Сравнить получаемые результаты, намагничивая лезвие безопасной бритвы, иголку, стальные перья и т. п. описанным выше способом и посредством прикладывания их к полюсам U-образного магнита или сложенных «ижицей» двух прямых магнитов, как бы в качестве якоря, замыкающего два разноимённых полюса.
4)	Взять круглый электромагнит (рис. 365), присоединить его через ключ к батарее из трёх-четырёх гальванических элементов МВД, «Геркулес» или аккумуляторов. Расположив намагничиваемые пёрышки и лезвия, как показано на рисунке 348, два или три раза включать ток на короткое время. Степень намагничивания испытать с помощью опилок.
§ 47,6
347
6.	Опыт И. Распределение магнетизма.
Приборы и материалы:!) Прямой магнит. 2) U-образ-ный магнит. 3) Железные опилки. 4) Мелкие гвозди или шурупы. 5) Два штатива. 6) Экраны фона — белый и черный.
Опыт служит для обнаружения, что магнитные полюсы находятся вблизи концов магнита.
1)	Взять прямой хорошо намагниченный магнит и, обсыпав его равномерно железными опилками или гвоздиками, поднять за середину (рис. 349, I). По распределению удерживаемых магнитом опилок показать, что наибольшая сила притяжения обнаруживается около концов, являющихся полюсами магнита1).
Рис. 349, I и II. Притяжение магнитами гвоздей и опилок.
2)	Продемонстрировать притяжение мелких шурупов или гвоздей U-образным магнитом. Магнит закрепить в штативе или подвесить (рис. 349, II).
3)	Величину магнитных сил, действующих в различных частях магнита, продемонстрировать числом обойных гвоздиков,
Рис. 350. Демонстрация распределения магнетизма.
удерживаемых магнитом. Показать, что при подвешивании гвоздиков один к другому получится картина, подобная изображённой на рисунке 350.
Сравнить рисунок 349, I с рисунком 219 в т. I.
348
$ 47, 7-8
4)	Обратить особое внимание на обеспечение видимости; применить экран фона — белый или чёрный.
7.	Опыт Ш. Складывание полюсов.
Приборы и материалы: 1) Намагниченное полотно от ножовки (рис. 351) или кусок стальной пружины. 2) Два прямых магнита. 3) Два U образных магнита. 4) Полезные опилки.* 5) Мелкие гвозди или шурупы. 6) Лабораторный штатив.
Опыты служат для демонстрации, что складывание одноимённых полюсов усиливает притяжение железных предметов, разноимённых —ослабляет.
1)	Осуществить опыт, показанный на рисунке 351, с намагниченным полотном от ножовки.
2)	В лапках штатива укрепить вертикально прямой магнит (рис. 352) и U-образный (рис. 349, II). Подвесить к ним возможно больше гвоздей или шурупов. Приложить к нижнему концу прямого магнита разноимённый по-
люс второго магнита и показать, что почти все гвозди отпадут. Сделать то же с U-образным магнитом, прикладывая к нему сзади второй так, чтобы вместе совпадали разноимённые полюсы.
3)	Повторить опыт, складывая вместе одноимённые полюсы, чтобы показать усиление
притяжения.
8.	Опыт IV. Взаимодействие полюсов.
Приборы и материалы:!) Магнитная стрелка. 2) Два прямых магнита. 3) Стремечко для подвешивания магнита. 4) Брусок из мягкого железа. 5) Лабораторный штатив. 6) Экраны фона.
Опыт служит для обнаружения, что одноимённые магнитные полюсы отталкиваются, разноимённые — притягиваются.
1)	К концу магнитной стрелки поднести, отнюдь не прикасаясь к ней, сначала один полюс прямого магнита и затем другой.
$ 47, 9-10
349
Продемонстрировать взаимодействие полюсов. Применить экран фона.
2)	Продемонстрировать то же, взяв подвешенный на стремечке магнит А (рис. 353). Обратить внимание на подвешивание магнита, чтобы он не задевал при своих поворотах за стойку штатива. Проверить видимость; применить экран фона.
3)	В стремечко поместить железный брусок. К его концу под
нести сначала один полюс магнита, затем другой. Подвесить магнит и подносить к его концам брусок. Сравнить и объяснить результаты (см. т. I, рис. 218—220).
Рис. 352. Демонстрация взаимного ослабления полюсов у прямого магнита.
Рис. 353. Демонстрация взаимодействия полюсов.
9.	Опыт V. Магнитная индукция.
Приборы и материалы: 1) Два прямых магнита. 2) Различные железные или стальные предметы (ножницы, ключ, лезвие бритвы, стальные перья и т. п.). 3) Экран фона. 4) Лабораторный штатив.
Опыт служит для демонстрации, что железные и стальные предметы, приведённые в соприкосновение с магнитом, сами становятся магнитами.
Составить из различных предметов цепочку, подобную изображённой на рисунке 354, сложив вместе два магнита для усиления эффекта.
10.	Опыт VI. Исследование магнитного поля посредством стрелок.
Приборы и материалы: 1) Магнитные стрелки малые (рис. 343,V). 2) Прямой магнит. 3) U-образный магнит. 4) Наклонное зеркало (рис. 59).
350
$ 47, И; § 48, 1
Опыт служит для демонстрации, что магнитные стрелки располагаются в поле магнита определённым образом.
Рис. 354. Демонстрация магнитной индукции.
1)	Расположить стрелки, как указано на рисунке 355, I, и затем положить среди них прямой магнит. Заранее подобрать такое расположение этих стрелок, чтобы они оказались на наиболее характерных силовых линиях (рис. 355, II).
2)	Повторить подобныц опыт для U-образного магнита.
3)	Взять наклонное зеркало и проверить, насколько с ним обеспечивается видимость.
11.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить опыты по теме для 7 класса и определить их целевые установки. Сделать зарисовки опытов в тетради.
2)	У катушки для намагничивания северный полюс образуется наверху. Как надо расположить внутри неё для подмагничивания магниты — несколько прямых и два U-об-разных?
3)	Как расположатся полюсы при складывании прямых и U-образных магнитов показанными на рисунке 356 способами?
4)	Почему прямые магниты надо хранить обращёнными друг к другу различными полюсами и притом соединёнными друг с другом железными брусочками (рис. 342)? Нельзя ли обойтись без брусочков, положивши магниты плотно один на другой?
5)	Как хранить магнитные стрелки (большие и малые), чтобы они не размагничивались и чтобы всегда имелась уверенность в их правильном (т. е. согласно окраске) намагничивании?
6)	Для демонстрации какого закона механики может служить демонстрация взаимодействия подвешенного железного бруска и магнита?
§ 48. Электромагнетизм.
Методические указания — см. т. I, § 100.
Изготовление приборов — см. т. И, § 47.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 66 и рис. 286—294.
1. Методические замечания. Опыты по электромагнетизму могут быть разделены на две основные группы. К одной из них относятся опыты, требующие применения магнитных стрелок и железных опилок для изучения конфигурации магнитного поля вокруг проводника. Такими опытами являются: опыт Эрстеда (рис. 357) и магнитные поля —прямого тока (рис. 358 и 359), витка (рис. 360) и соленоида (рис. 361).
Ко второй группе относятся демонстрации различных электромагнитных приборов: электромагнита (рис. 362—365), звонка (рис. 375), телеграфа (рис. 366), модели измерительного прибора (рис. 380) и телефона (рис. 367—368).
§ 48, 1
351
Получение магнитных спектров вокруг прямого проводника является делом далеко не простым, так как требует применения сильного постоянного тока не менее 15 А, что не всегда осуществимо для рядовой семилетней школы. Указанное затруднение можно преодолеть, допустив «натяжку» в методическом от-
Рис. 355, I. Малые магнитные стрелки для демонстрации опыта, показанного на рисунке 355, II.
Рис. 355, II. Демонстрация расположения магнитных стрелок вокруг прямого магнита.
ношении и применяя приборы, показанные на рисунках 359 и 360, в которых один провод и один виток заменены пучком проводов, включённых между собой последовательно. Такие приборы требуют для своего питания батареи из двух-трёх элементов типа Лекланше (рис. 123).
352
$ 4#, 1
Далеко не благополучно обстоит дело с демонстрациями электромагнитных приборов, так как модели, выпускаемые Глав-учтехпромом, представляют собой технические, мало пригодные для объяснений, конструкции (звонок, микрофон, телефонная трубка), или же с точки зрения демонстративности не выдержи
Рис. 356. Складывание U-образных магнитов.
вают критики (телеграф, электромагнит). Кроме того, ряд нужных моделей отсутствует вовсе.
При изучении данной темы весьма желательно проведение лабораторной работы по электромагнетизму (§ 69, 6).
Интересными темами для внеклассных занятий являются: телеграф (с изучением азбуки хМорзе) (Ф. Э., т. IV, §6, 6—И); телефон (Ф. Э., т. V, 16 и 17); различное применение электромагнитов (Ф. Э., т. IV, § 6, 1—4), в том числе электромагнитная
$ 48, 2
353
пушка (§ 4, 10); электромоторы (§ 6, 12) и намагничивание током (§6,13).
2. Обзор опытов по теме: «Магнитное поле тока».1) Опыт Эрстеда состоит в том, что над стрелкой, ориентированной по магнитному меридиану, располагают провод, по которому пропускают ток от одного или двух гальванических элементов1) (рис. 357, I). Кроме самого факта отклонения стрелки, показывают, что направление отклонения определённого полюса стрелки зависит от направления тока. Так как опыт не обеспечивает достаточной видимости, много лучше воспользоваться демонстрацией, описанной в разделе 4. Гораздо хуже проводимая обычно демонстрация отклонения стрелки D в простейшем гальваноскопе (рис. 357, 11).
2) Поле прямого тока показывают, натягивая провод А между лапками штатива или укрепив его на деревянной раме (рис. 358). Примерно на середине провода устраивают площадку В из картона или фанеры, служащую для получения магнитного спектра или для помещения магнитных стрелок. Провод берут достаточно толстым (не тоньше 1 мм), чтобы он имел малое сопротивление и выдерживал ток, который для успеха этого опыта должен доходить до 15—30 А. Все соединения в тех же целях делают достаточно надёжными.
Обе эти меры нужны также для получения возможно меньшего сопротивления, что важно при пользовании гальваническими элементами.
Необходимость применения источника сильного тока исчезает, если взамен одного провода взять несколько, действующих совместно. Такой прибор показан на рисунке 359. Его обмотка А, сделанная из нескольких десятков витков изолированного провода (d—0,3—0,8 мм), укреплена между двумя рейками, расположенными горизонтально в одной вертикальной плоскости.
О пользовании приборами —см. раздел 5.
3) П о л е одного витка и соленоида демонстрируется при помощи приборов, показанных на рисунках 360 и 361. Требования о наименьшем сопротивлении витка и соленоида и о необходимости применения сильного тока (15—30 А) должны быть соблюдены. На рисунке 360 показано устройство «витка», позволяющего ограничиться для получения спектра сравнительно «слабым» током —порядка нескольких ампер. «Виток» состоит из обмотки в несколько десятков витков, сделанной из изолированного провода толщиной в 0,3—0,8 л л. Эту обмотку А чаше всего обматывают какой-нибудь лентой, например, изоляционной, или вкладывают в разрезанную вдоль резиновую трубку.
Й При применении аккумулятора обязательно включение реостата (рис. 307) во избежание «короткого замыкания».
23 Е. Н. Горячкин
4
Рис. 358. Прибор для демонстрации магнитного ноля вокруг прямого тока.
Рис. 359. Обмотка для демонстрации магнитного поля вокруг прямого тока.
Рис. 357, II. Простейший гальваноскоп для демонстрации отклонения магнитной стрелки. А и В — клеммы для включения тока; С — виток; Е — головка для установки витка в различных плоскостях.
Рис. 360. Прибор для демонстрации магнитного поля витка (кругового тока).
§ 48, 3
355
3. Обзор демонстраций по теме: «Электромагнит и его при-
менение».
1)Электромагнит из железного болта ценен в методическом отношении тем, что его обмотку проволокой (d=0,8 мм)
можно произвести на глазах у учащихся (рис. 362). Полезен он также для лабораторной работы (§ 69, 6). При включении двух-трех элементов электромагнит удержит несколько ключей, пучок гвоздей и т. п.
2) Прибор Том
Рис. 361. Прибор для демонстрации магнитного поля соленоида А (В— вставка из железа, заменяемая для сравнения магнитных полей деревянной пластинкой).
сона, состоящий из катушки с выступающим железным сердечником, вполне пригоден
для демонстрации в качестве электромагнита (рис. 363). Для приведения его в действие можно воспользоваться батареей из двух-трёх гальванических элементов «Геркулес» (рис. 121), или сухих (рис. 123), или аккумуляторов. Вынув сердечник и заткнув отверстие пробкой, показывают, что электромагнит оказывает сравнительно слабое притяжение, удерживая лишь не-
большое количество и притом мелких железных предметов (обойные гвозди, мелкие шурупы, крупные опилки или стружки). Вставив сердечник и насыпав на него сверху гвозди, шпильки для волос, шурупы, показывают, как они притягиваются и удерживаются электромагнитом (рис. 363). После выключения тока притянувшиеся предметы отпадают. Демонстрация весьма эффектна.
о м а г н и т. Электромагни-
Рис. 362. Демонстрация простейшего электромагнита из болта.
3) U-o бразный электр
тов такого типа в продаже нет, между тем как демонстрация его крайне важна (рис. 364). Рекомендуется для изготовления сердечника обратиться за помощью к кузнецу или, в крайнем случае, воспользоваться подковой. Сердечник или подкову обматывают в три слоя сравнительно толстым проводом, чтобы ясно было видно направление витков обмотки. К сердечнику необходимо подобрать железный брусок в качестве якоря. Чем больше
23“
356
$ 48, 3
будет поверхность соприкосновения якоря и сердечника и чем плотнее они станут прилегать друг к другу, тем большую тяжесть удержит электромагнит.
4)	Модель электромагнита от подъёмного крана при двух-трёх элементах Лекланше удерживает якорь с грузом до 50—100 кГ. Подвешивать можно мешки с
Рис. 363. Использование прибора Томсона как электромагнита.
Рис. 364. U-образный электромагнит.
песком или платформу, сделанную из цепочек (верёвок, проволок) и отрезка доски, на неё накладывают кирпичи или гири. Платформа должна висеть над полом на высоте лишь нескольких сантиметров, во избежание сильного удара при её отпадении1). Устройство описанного электромагнита показано на рисунке 365.
5)	Конструкция иизготовление различных электромагнитов — см. Ф. Э., т. IV, § 5, 1 —8.
6)	Электрический звонок. Так как устройство электрического звонка, лежащего на демонстрационном столе,
х) При подвешивании человека, во избежание сильного поранения головы при неожиданном отпадении якоря, необходимо устройство прочной петли между кольцами электромагнита и якоря.
£ 48, 3
357
но видно для учащихся, то в этом случае следует раздать на каждые 3—4 человека по электрическому звонку из комплекта лабораторных работ (рис. 55).
7)	Электрический телеграф, выпускаемый Главучтехпромом, в демонстрационном отношении не выдерживает критики, напоминая скорее игрушку, чем физический прибор (рис. 366). Получить с его помощью ясной записи на ленте нельзя.
8)	Телефон. Модели, показывающие устройство микрофона и телефонной трубки, не существует. Модель микрофона, со-
Рис. 365. Электромагнит от подъёмного крана и его устройство:
I— корпус магнита; II — якорь; III — обмотка А, надеваемая на полюс В (I); IV — разрез магнита.
стоящая из угольной палочки с заострёнными краями, опирающейся снизу на подпятник из угля и удерживаемой сверху подобным же приспособлением, научить ничему не может и не станет работать, как микрофон.
Поэтому приходится ограничиваться демонстрациями микрофонного капсюля в собранном и разобранном виде (рис. 367), а также телефонной трубки (рис. 368). Микрофон М и телефонную трубку Т для демонстрации простейшей телефонной цепи соединяют по схеме, показанной на рисунке 369. К микрофону подбирают низкоомную телефонную трубку; в качестве источника тока берут батарейку В от карманного фонарика или два-три элемента любого типа. Если’ микрофон помещён в той же комнате, где и телефонная трубка, то принимающий ничего в трубку не услышит. Для демонстрации громкого воспроизведения речи берут репродуктор «Рекорд» и включают его, согласно схеме рисунка 369, II, к микрофону и батарее через специальный телефонный трансформатор 5 (см. Ф. Э., т. V, § 17, 3).
358

Опыты по более детальному изучению но отнести на внеклассные занятия.
телефона рациональ-
Рис. 366. Модель телеграфного аппарата.
Рис. 367. Микрофон и его устройство.
9)	Модель измерительного прибора электромагнитной системы, т. е. со втягивающимся железным сердечником, в продаже не существует (рис. 147). Описание этой модели и других — см. Ф. Э., т. IV, § 4, 9. Вольтметр или амперметр типа М (рис. 111) демонстрируют со снятыми крышками и шкалой.
10)	Набор по электромагнетизму позволяет из деталей в основном осуществить электромоторчик (рис. 370). Все остальные устройства (электромагнит, телеграф и т. д.) примитивны и недемоп-
стративны.
§ 48, 4
359
4. Опыт I. Отклонение магнитной стрелки током.
Прибо ры и материалы: 1) Лабораторный штатив. 2) Медный провод (^=1—1,5 мм\ /=50—60 см). 3) Магнитная стрелка с горизонтальной осью вращения (рис. 371).
4) Два гальванических элемента или аккумулятора. 5) Амперметр до Ю А (рис. 114). 6) Ключ или рубильник ’ (рис. 489). 7) Реостат с движком на 1—5 омов (рис. 306). 8) Экраны фона — белый и чёрный. 9) Кусочки цветной папиросной бумаги.
1)	Натянуть между лапками штатива провод — голый или изолированный безразлично. К проводу СВ через ключ К и реостат R (рис. 306) присоединить два-три гальванических элемента «Геркулес», или сухих, или один аккумулятор Е (рис. 372,1).
2)	Около провода АВ,
возможно ближе к не- Рис. 368. Устройство телефонной трубки.
му, подвесить магнитную
стрелку, имеющую горизонтальную ось вращения (рис. 371). Отметить лёгкими цветными бумажками полюсы стрелки.
3)	Взяв наибольшее сопротивление в реостате, замкнуть ключ или рубильник и постепенно увеличивать ток в цепи до заметного отклонения стрелки от вертикального положе
Рпс. 369. Схемы простейших телефонных цепей.
ния. Наблюдать, как изменится отклонение стрелки при перемене направления тока.
4)	Определить силу тока, при которой получается отклонение данной стрелки на угол, возможно близкий к прямому. Выяснить с помощью различных мер — подмагничивание стрелки (рис. 347), уменьшение трения в оси, балансирование, изменение расстояния стрелки от провода, — можно ли получить такое же отклонение стрелки при меньшей силе тока.

10
a
Рис. 370. Набор по электромагнетизму (см. рис. 391).
2— постоянный магнит; 2— катушка электромагнита; 3—сердечник с гайкой d для его закрепления; 4 И 5 — скобы для установки приборов; 6— якорь электромотора; 7— полюсный наконечник; 8 и 9 — части для телеграфного аппарата (Ь — контактный провод; д — якорь; а — колечко для карандаша); 10 — катушка для опыта с повёртыванием её в магнитном поле; 11 — магнитная стрелка.
§ 4#, 5
361
5) Проверить, насколько обеспечивается видимость. Приме
нить экран фона.
6) Взяв штопор и пробку, продемонстрировать правило бу-
равчика* применительно к обоим случаям направления тока (см. т. I, рис. 226).
7) Продемонстрировать отклонение магнитной стрелки, взяв простейший гальваноскоп (рис.' 357, И).
5. Опыт II. Получение спектров прямолинейного тока и витка слабым током.
Приборы и материалы: 1) Приборы для получения спектров (рис. 359 и 358). 2) Магнитные стрелки, малые. 3) Сито с железными опилками (рис. 342). 4) Парафинированная бумага. 5) Кусочки тонкой цветной (красной и синей) бумаги. 6) Денатурированный спирт. 7) Лучинка или проволочка с ватой на конце (рис. 503). 8) Три-четыре элемента (рис. 123) или аккумулятора. 9) Амперметр до 10 А. 10) Рубильник или ключ (рис. 525). 11) Зеркало. 12) Провода для соединений. 13) Ножницы. 14j Спички.
Опыты служат для изучения способов получения спектров тока на приборах, неполноценных в методическом отношении, но дающих эффект при сравнительно слабом токе.
1) Взять прибор, показанный на рисунке 359, и поместить на столик для получения спектра парафинированную бумагу, предварительно сделав на ней соответствующий вырез для надевания на проводник. Прибор присоединить через
Рис. 371. Демонстрация отклонения током магнитной стрелки с горизонтальной осью вращения.
рубильник сначала к двум и затем к трём элементам илп аккумуляторам, соединённым последовательно.
2) Насыпав опилки через сито возможно более равномерно,
включить ток, измерить его силу и, слегка постучав пальцем по столику В, получить спектр.
3)	Опыт повторить с тремя элементами до получения более отчётливой картины спектра (рис. 373).
4)	Воспользоваться наклонным зеркалом и показать изображение спектра.
5)	Укрепить на конце лучинки или проволочки комок ваты, смоченной денатурированным спиртом, и, зажегши его, закрепить спектр способом, показанным на рисунке 505.
6)	Расположить малые магнитные стрелки вокруг провода,, как показано на рисунке 374. Для обеспечения лучшей видимости на стрелки наклеить синие и красные флажки из лёгкой бу
362
£ 48, 6
маги. Стрелки поставить друг от друга на таких расстояниях, чтобы они оказывали друг на друга наименьшее действие и расположились почти параллельно.
____	_____ В
К
Рис. 372. Схемы: опыта Эрстеда (I), для получения спектра прямого тока (11).
7)	Включить ток (на короткое время!) и наблюдать изменение направления стрелок. Изменить направление тока на обратное. Полученную картину показать при помощи наклонного зеркала.
8)	Сделать подобные опыты с витком (рис. 360). Полученный спектр закрепить.
6.	Опыт III. Спектры прямолинейного тока, витка и соленоида.
Приборы и материалы: 1) Приборы с прямолинейным проводником (рис. 358), витком (рис. 360) и соленоидом (рис. 361). 2) Сито с железными опилками. 3) Амперметр до 20—30 А (рис. 111). 4) Рубильник (рис. 525). 5) Парафинированная бумага. 6) Вата на лучинке, спирт, спички. 7) Реостат с движком, возможно меньшего сопротивления (рис. 306). 8) Водяной реостат (рис. 309). 9) Провода для соединений. 10) Ножницы. И) Мотор-генератор или преобразователь (рис. 25 и 26).
Опыты имеют целью изучение способов получения сильного тока (до
Рис. 373. Магнитный	20—30 А) для демонстрации спектров
спектр прямого тока. прямолинейного проводника, витка и соленоида.
1)	Соединить параллельно три-четыре аккумулятора или пять-шесть гальванических элементов Грене1). Собрать цепь, показанную на схеме рисунка 372, II, из амперметра А до 20—30 А, ру-
х) Элементы Грене перед опытом необходимо залить свежей жидкостью.
$ 48, 7
363
бильника К, реостата R и прибора ВС для получения спектра (рис. 358).
2)	На столик В для получения спектра положить лист парафинированной бумаги, сделав в ней соответствующие вырезы. Бумагу засыпать равномерно опилками.
Рис. 374. Демонстрация отклонения стрелок вокруг прямого провода.
3)	Поставив себе за непременное правило включать источники тока на возможно более короткое время, возбудить в цепи ток силою в 10 А. Полученный спектр закрепить при помощи факела (рис. 505).
4)	Вновь получить спектр, взяв ток в 15—20 А. Сцектр закрепить.
5)	Заменить батарею мотор-генератором (рис. 25) или преобразователем (рис. 26) и реостат с движком — водяным (рис. 309). Получить спектры от нового источника тока при токе силою сначала в 15—20 А и затем в 25—30 А. Спектры закрепить.
6)	Получить спектр, воспользовавшись сетью освещения переменного тока в 120 V и установив посредством водяного реостата ток силою до 25—30 А. Спектр закрепить.
7)	Получить спектр соленоида, воспользовавшись любым источником для получения тока силой в 15—20 А (рис. 361).
7.	Опыт V. Звонок, телеграф, телефон.
Приборы и материалы:!) Электрический звонок (рис. 55). 2) Телеграфный аппарат (рис. 366). 3) Ключ. 4) Два гальванических элемента МВД (рис. 123). 5) Микрофонный капсюль (рис. 367). 6) Телефонная трубка (рис. 368).
Опыты имеют целью ознакомить с регулировкой звонка и модели телеграфного аппарата, а также с простейшей телефонной цепью.
364
§ 48, 8; § 49, 1
1) По описанию, данному в Ф. Э., т. IV, § 6,1, детально ознакомиться с конструкцией электрического звонка (рис. 375) и выяснить назначение винтов O,L и контргайки с.
£) Действуя этими винтами и в случае надобности подогнув ударник, добиться чистого звона без треска при одном гальвани
Рис. 375.
Устройство электрического звонка.
ческом элементе.
3)	Собрать цепь из батареи из двух элементов, ключа и модели телеграфа (рис. 366). Отрегулировать телеграфный аппарат так, чтобы получалась запись сигналов.
4)	Руководствуясь указаниями, данными в разделе 1, и сведениями в Ф. Э.,т. V, § 18, 1—3, собрать простейшие телефонные цепи (рис. 369) и опробовать
их.
8.	Вопросы к отчёту студента:
ш1) Наметить опыты по теме для 7 класса и определить их целевую установку. Сделать зарисовки в те-
тради.
2) Магнитная стрелка с горизонтальной осью принимает наклонное земного магнетизма. Каким образом её можно
положение под влиянием
привести в вертикальное положение, как это нужно для демонстрации опыта Эрстеда (рис. 371)?
3) При какой силе тока получаются чёткие магнитные спектры прямолинейного тока и витка на приборах (рис. 358—360)?
4) Почему в опыте (раздел 5) элементы и аккумуляторы предлагается соединить последовательно? Почему включение реостата в цепь совершенно не обязательно?
§ 49. Движение проводника в магнитном поле. Электромоторы.
Методические указания — см. т. I, § 102 (рис. 230—241). Изготовление приборов — см. т. III, § 48.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 67 и рис. 295—302.
1. Методические замечания. Демонстрации по теме прежде всего содержат в себе опыты, объясняющие принципы действия магнито-электрических измерительных приборов (§ 15, 9 и рис. 108) и электромоторов. Эти опыты по своей технике не сложны и требуют сравнительно слабых токов; однако, приборы приходится изготавливать учителю своими силами (рис. 376, I и II).
J 49. 1
365
Кроме того, необходимо показать модели электромоторов. При помощи этих моделей изучается не только устройство электромотора, но и способы изменения числа оборотов и направления вращения. Демонстрация* моделей электромоторов (рис. 379 и 506) в действии всегда производит на учащихся сильное впечатление и обычно приводит к возникновению особого кружка по моделированию моторов или к появлению соответствующей темы в существующем кружке (см. т. 1, рис. 120, I).
Наибольшую трудность для объяснений представляет собой устройство и, главное, дей
ствие коллектора. В Рис- 376. Приборы: движение'проводника с этом случае совершенно	током в магнитном поле,
необходимо применение модели контура с коллектором, изготовление которого своими силами вполне возможно (рис. 378). Без применения такой мо-
Рис. 377. Демонстрация поворотов рамки в магнитном поле.
Рис.378. Демонстрационная модель витка контура.
дели (рис. 378), достаточно крупной по своим размерам и с окрашенными в различные цвета частями, учащимся трудно понять принцип изменения направления тока во вращающемся витке.
366
§ 49, 2
Для вечеров занимательной физики настоятельно рекомендуются опыты с вращающимся магнитным полем1), проведение ко-
торых, однако, возможно только в том случае, когда в физичес-
Рис. 379. Вращающийся
кий кабинет введён трёхфазный ток. Эти опыты чрезвычайно эффектны и вызывают исключительный интерес. Значение же опытов весьма велико, так как позволяет наиболее заинтересованным учащимся дать понятие о принципе действия электромотора трёхфазного тока.
виток (I) и устройство его коллектора (II и III).
2. Обзор опытов по теме: «Движение проводника». 1) Движение проводника в магнитном поле может быть продемонстрировано несколькими различными способами, о чём— см. Ф. Э., т. IV, § 9, 5. Из этих способов наибольшего внима- ' ния заслуживают два: движение провода, подвешенного в виде качелей (рис. 376, 1), и прибор с гибким «вертикальным» проводником (рис. 376, II). Оба эти прибора приходится изготавливать своими силами. В качестве гибкого проводника может быть использован специальный шнур для телефонной проводки или мишура «золотой или серебряный дождь», употребляемая при украшении новогодней ёлки. Об опытах с этими приборами — см. раздел 6.
2) Повороты рамки в магнитном поле изучаются с помощью катушки Л или, проще, спичечной коробки, обмотанной несколькими десятками витков провода (толщиной в 0,2—0,5 мм) (рис. 377). Катушка на проводах Е и Р, подводящих ток, подвешена между полюсами U-образного магнита N и S.
О постановке этого опыта — см. Ф. Э., т. IV, § 9, 6.
В случае если имеется прибор, называемый «вращающимся витком» (рис. 379), то с его помощью можно более наглядно показать повороты рамки в магнитном поле и тем самым продемон-
х) См. Ф. Э., т. V, § 9, 1—9 и теорию: Горячкин, «Переменный ток».
f 49, 3
367
стрировать принцип действия магнито-электрических приборов (рис. 108 и 380) (см. раздел 8).
3) Устройство магнито-электрического измерительного прибора (§ 15, 9) в принципе демонстрируется посредством поворачивающейся в магнитном поле катушки (рис. 377). Устройство механизма такого прибора хорошо видно в демонстрационном гальванометре (рис. 113).
4) Правило левой руки — см. раздел 6.
3. Обзор демонстраций по теме: «Электромоторы».!)Демон-
страционная модель витк а-контура с коллектором является совершенно необходимым прибором, который при-
ходится изготавливать своими силами (рис. 378). В простейшем виде он состоит из деревянного цилиндра CD, на котором укреплён виток
АВ в форме прямоугольника, сделанного из толстой достаточно жёсткой проволоки. Для обеспечения луч- g шей видимости рекомендуется на провод надеть резиновую трубку, что увеличит его толщину. «Активные»
Рис. 380. Стрелка к витку для демонстрации принципа действия магнитоэлектрического прибора.
В
участки А и В контура окрашиваются двумя различными яркими цветами, что упрощает объяснения. Пластины
коллектора изображаются двумя бумажными наклеенными на цилиндр прямоугольниками С и Р, окрашенными в цвета, соответствующие проводам. Щётки (иных цветов) изображаются двумя деревянными брусочками. Описание изготовления более совершенного контура (рис. 389) приведено в ф. Э., т. IV, §17, 2 и § 9, 7. О применении контура —см. раздел 7.
2)	Модель вращающегося витка выпускается Главучтехпромом и имеется в продаже (рис. 379). Основную часть прибора образует плоская четырёхугольная катушка А, сделанная из нескольких десятков витков провода толщиной в 0,5 мм (сопротивление её около 3 омов). Катушка помещена между полюсами крупного U-образного магнита. Ток к катушке подводится через клеммы к двум щёткам Е и F, прижимаемым к коллектору при посредстве двух винтов ей/. Смещая щётки, можно заставить их опираться или на два полукольца (коллектор постоянного тока) (рис. 379, II), или на два полных кольца (коллектор переменного тока) (рис. 379, III). В последнем случае не бу-
дет происходить перемены направления тока в момент прохождения плоскости витка через нейтральную плоскость.
Рис. 381. Устройство якоря простейшего самодельного электромоторчика на деревянной оси или на гвозде Л2.
ВВ — жесть; е/ — тонкая латунь; hl — резина; MN — латунь или медь.
5 49f 3
369
Для демонстрации принципа действия магнито-электрического прибора следует изготовить стрелку В и шкалу С из плотного картона или, лучше, жести, показанную на рисунке 380. Об опытах с вращающимся витком — см. раздел 8.
3)	Модели моторов. Демонстрационных моделей электромотора, если не считать вращающегося витка, в продаже
Рис. 382. Модель электромотора с якорем из трёх катушек и с коллектором из трёх пластин.
Рис. 383. Электромоторчик (сериес) переменного тока (12 V) от набора «Конструктор» и устройство электромотора.
А — катушка индуктора; С и D — полюсные наконечники и щетки.
нет. Модели, предназначенные для лабораторной работы (рис. 506) или раздаваемые при объяснениях преподавателя учащимся, нетрудно изготовить своими силами.
Для демонстрации рекомендуется смонтировать якорь простейшего электромоторчика на угловой панели. Устройство якоря для этой полезной модели показано на рисунке 381 (см. т. Ill, § 48).
Модели мотора, изображённого на рисунке 382, и мотора от набора «Конструктор» (рис: 383) вследствие своих малых размеров не демонстративны и, кроме того, имеют якоря В из трёх катушек с тремя пластинками коллектора, что потребует от преподавателя дополнительных и притом сравнительно длительных объяснений (см. Ф. Э., т. IV, § 10, 3). По этой причине их можно применять только в случаях, имеющих целью не изучение 24 е. Н. Горпчкин
370
£ 49, 4
устройства мотора, а лишь демонстрации: превращения электрической энергии в механическую, зависимость числа оборотов от силы тока и т. п.
Следует также упомянуть о модели электромотора, собираемого из деталей набора по электромагнетизму (рис. 370).
Так как все динамомашины1) обратимы, то описанными далее типами их (§ 50, 1 и рис. 394) можно пользоваться для демонстраций в качестве электромоторов.
4)	Нужно иметь мотор постоянного тока промышленного типа, как объект для демонстрации.
Особенно хорош для этой цели коллекторный мотор Т—3 постоянного или переменного (однофазного) тока для кинопроекционного аппарата (рис. 384). Данные мотора следующие: напряжение 110 V, - мощность 0,2 kW, число оборотов 3 000 в
s
Рис. 384. Мотор Т-3 от киноаппарата (I) и устройство индуктора (II) и якоря (III).
минуту. Корпус мотора устроен так, что все его части хорошо видны; кроме того, разобрать мотор для демонстрации деталей не трудно. Этот мотор может быть использован в кабинете также в качестве источника механической силы, в частности для приведения в действие круглого точила и т. п. Число оборотов мотора можно менять посредством реостата (рис. 385).
Если у школы имеется связь с производственными организациями, крайне желательно достать старый, хотя бы и негодный (сожжённый) мотор постоянного тока мощностью до 1 kW, для того, чтобы его части могли служить пособием для соответствующих демонстраций.
4. Электромоторы. Изменение числа оборотов. Реверсирование. 1) Типы электромоторов. На рисунках 506 и
Ч Практически описанные выше модели электромоторов не могут быть использованы как динамомашины.
§ 49, 4
371
379 показаны электромоторы с постоянным магнитным полем, созданным стальными магнитами. В технике этот тип не находит себе применения.
Электромоторы с электромагнитами бывают: шунтовые _____
с параллельным включением индуктора и якоря (рис. 386,1) и
сериес — с последовательным соединением (рис. 386, III). Подавляющее большинство моделей имеет последовательное возбуждение (рис. 383 и 384).
Рис. 386. Правильные (II и III) и неправильная (1) схемы включения реостата к мотору.
2) Изменение числа оборотов шунтового мотора можно производить посредством включения последовательно с ним реостата R (рис. 385 и 386, I). Такая схема на практике в технике не применяется. Правильнее включать реостат R последовательно лишь с одним якорем В, подавая на индуктор (электромагниты NS) полное напряжение источника тока (рис. 386, II). В целях упрощения в школе всё же приходится пользоваться первой схемой.
24*
372
£	5
В моторах с последовательным возбуждением (сериес) реостат, регулирующий число оборотов, включается последовательно (рис. 386, III) (подробности — см. Ф. Э., т. IV, § 10, 4).
3) Изменение направления вращения, или реверсирование, у моторов с полем, созданным постоянными магнитами (рис. 379, 381, 506), производится посредством перемены местами проводов, подводящих ток к мотору. Такой же результат достигается при повёртывании магнита на 180°, что соответствует изменению на обратное направления линий магнитного поля. У моторов, как шунтовых, так и сериес (с последователь-
Рис. 387. Схемы для изменения направления вращения у моторов — шунтовых (I и II) и сериес (Ill и IV).
ходимо изменить направление тока или только в одном индукторе (электромагнитах), или в одном якоре, для чего приходится переключать соединения якоря и индуктора между собой (рис. 387).
У модели мотора из набора «Конструктор» для перемены направления вращения имеется переключатель К (рис. 383).
5. Питание моторов постоянным и переменным током. Модели моторов с магнитами (рис. 379 и 381) от переменного тока в ход не пойдут. Принципиально возможно превратить их в синхронные моторы, заменив коллектор из двух полуколец двумя кольцами (рис. 379, III).
Моторы шунтовые (рис. 386, I) нельзя привести в действие от переменного тока; они требуют обязательно постоянного тока1).
г) Перемена направления через каждый полупериод магнитного поля сопровождается одновременным изменением направления тока в якоре, что должно было бы создавать механические импульсы, действующие на якорь в одинаковом направлении. Поэтому мотор должен был бы прийти во вращение. Однако, это оказывается справедливым для моторов сериес. В шунтовых моторах импульсы приобретают последовательно (во времени) противоположные направления, вследствие явления сдвига фаз. Подробности об этом — см. в книге: Горячкин, «Переменный ток», §§ 21 и 31.
§ 49, 6
373
Моторы с последовательным возбуждением, к числу которых принадлежат модели от «Конструктора» (рис. 383) и мотор для кино (рис. 384), действуют как от постоянного, так и от переменного тока. В конструктивном отношении они приспособлены для переменного тока; именно, их корпуса и сердечники индукторов сделаны не из сплошных, а из отдельных пластинок специального сорта железа (во избежание нагревания токами Фуко).
Для питания маловольтных электромоторов (рис. 379, 381 — 383) достаточна батарея гальванических элементов, лучше типа «Геркулес» (рис. 121) или Грене (рис. 122), или же аккумуляторов (рис. 117 и 118) с напряжением в 4—12 V. При питании их переменным токохМ в 120 V и тем более в 220 V через ламповый реостат (рис. 308) или от выпрямителя (рис.413) станет происходить обгорание щёток и пластин коллектора вследствие искрения (вольтова дуга)1). Поэтому их следует питать, снизив предварительно напряжение до 12 V при помощи трансформатора, о чём — см. § 51, 5* 2).
6. Опыт I. Смещение проводника в магнитном поле.
риборы и материалы:!) Приборы: «движение проводни-
С
Рис. 388. Схема включения прибора: смещение проводника в магнитном поле.
11 t х 1 ................................... t ,,
ка» с «качелями» (рис. 376, I) и с гибким проводником (рис. 376, II). 2) Два-три элемента «Геркулес» или сухих (рис. 123), или же аккумулятора. 3) Реостат с движком (рис. 306). 4) Амперметр до 1 А и до 10 А (рис. 114). 5) Ключ.
6) Цветная бумага. 7) Ножницы. 8) Экраны фона — белый, чёрный (рис. 56) и просвечивающий (рис. 57).
Опыт служит для сравнения демонстраций смещения проводника в магнитном поле двумя способами, а также в целях выяснения наименьшей силы тока для получения достаточно эффективного результата.
1)	Взять прибор (рис. 376, I) и присоединить его провод CD через амперметр (гальванометр с шунтом) и ключ к батарее из двух-трёх гальванических элементов или аккумуляторов. В цепь ввести также реостат с движком R с сопротивлением в несколько омов (рис. 388).
2)	Сделав сопротивление наибольшим и поставив к амперметру шунт до 1 А (рис. 114),. замкнуть ключом цепь. Измерить
х) Подобное же явление наблюдается у звонка, катушки Румкорфа, включаемых через лампочку в сеть на 120 V, переменного или постоянного тока.
2) В моменты периодического разрыва цепи напряжение между щёткой и коллектором поднимается до 120 V, что и служит причиной образования вольтовой дуги. При 12 V вольтова дуга не образуется.
374
§ 49, 7
приближённо силу тока и обратить внимание на величину получаемого отклонения проводника.
3)	Уменьшить постепенно сопротивления реостата, каждый раз измеряя силу тока и наблюдая степень отклонения «качелей». В случае надобности заменить у амперметра шунт на 1 А другим до 10 А. Так поступать до получения отклонения, которое было бы совершенно ясно заметно.
4)	Проверить, насколько обеспечивается видимость явления. Применить такой экран (белый, чёрный или просвечивающий), который окажется наиболее подходящим. Укрепить на проводе цветные флажки (рис. 43).
Рис. 389. Демонстрационный контур с коллектором.
5)	Повторить опыт, применив при оптимальных условиях сначала одно, а затем противоположное направление тока. Проверить правило левой руки (см. т. I, рис. 232—235).
6)	Сделать подобные же наблюдения и измерения силы тока для прибора с гибким «вертикальным» проводником (рис. 376, II).
7)	Применить для обеспечения видимости один из экранов; привесить цветные флажки к проводнику.
8)	Сравнить с технической точки зрения и в методическом отношении оба варианта.
7.	Опыт II. Применение демонстрационного контура.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный контур (рис. 389). 2) Две табуретки или два ящика. 3) Бечёвка. 4) Стрелки из картона.
Демонстрация имеет своей целью ознакомление с применением контуров для объяснения принципа действия электромотора.
5 4.9, 8
375
1) Взять две табуретки или два ящика и, поставив их на стол, изобразить ими полюсы магнита. Вбив в ножку каждой из табуреток несколько гвоздей, посредством бечёвки изобразить си-
ловые линии магнитного поля. Направление их отметить стрелками из бумаги. Ещё лучше из фанеры изготовить «ящики», напоминающие по внешнему виду полюсы (рис. 390).
2)	Поставить между полюсами контур и детально, как при рассказе в классе, объяснить, как при переходе через нейтральную плоскость происходит изменение
направления тока и почему «при Рис. 390. Установка демонстра-питании током» контур должен	ционного контура.
«прийти во вращение». Рассмот-
реть все типичные положения проводника. Показать, как применяется правило левой руки (см. т. I, рис. 238—239).
3) Найти надлежащее положение контура и полюсов по отно-
шению к учащимся, а также выяснить, как и где должен стоять преподаватель, чтобы обеспечивалась наилучшая видимость и наибольшая наглядность.
4)	Взять упрощённый контур (рис. 378) и с его помощью разработать и провести подобную же демонстрацию.
8.	Опыт III. Вращающийся виток.
Приборы и материалы: 1) Вращающийся виток (рис. 379). 2) Стрелка из картона или жести (рис. 380). 3) Батарея из двух-трёх элементов или аккумуляторов. 4) Ключ. 5) Реостат с движком на 5—6 омов (рис. 306). 6) Амперметр до 1 А (рис. 114). 7) Экраны фона. 8) Провода для -соединений.
Опыты служат для ознакомления с применением вращающегося витка при демонстрации принципов действия: измерительного прибора типа М (§ 15, 9 и рис. 108) и мотора постоянного тока.
1)	Рассмотреть устройство вращающегося витка (рис. 379, I) и его коллектора. Щётки расположить так, чтобы они опирались на кольца (рис. 379, III).
2)	Укрепить на витке А стрелку В (рис. 380), сбалансировав её. Виток включить через ключ к батарее из одного-двух элементов или аккумуляторов Расположить виток так, чтобы он стоял в вертикальной плоскости.
3)	Включить ток и наблюдать поворот контура на 180°. Проверить правило левой руки.
4)	Повторить опыт, переменив направление тока на обратное. Проверить правило левой руки.
376
$ 49, 9
5)	Стрелку снять и сделать так, чтобы щётки опирались на полукольца. Включив батарею из двух-трёх аккумуляторов или элементов, получить непрерывное вращение рамки сначала в одну сторону, а затем в противоположную. Применить правило левой руки.
6)	Проверить, как обеспечивается видимость. Применять экран фона.
7)	Ввес ти в цепь батареи, питающей виток, реостат с движком на 5—6 омов (рис. 306) и амперметр с шунтом до 1 А (рис. 114). Постепенно увеличивать ток в цепи и тем самым продемонстрировать изменение числа оборотов электромотора посредством реостата.
9.	Опыт IV. Изучение электромотора.
Приборы и материалы: 1) Набор по электромагнетизму (рис. 370). 2) Магнитная стрелка. 3) Батарея из двух элементов. 4) Реостат. 5) Ключ. 6) Провода для соединений.
Рис. 391. Электромоторчик из набора по электромагнетизму (см. рис. 370).
Опыты служат для изучения основных типов электромоторов, а также способов изменения направления вращения.
1) Якорь электромотора присоединить к одному-двум элементам любого типа через реостат с движком (рис. 370, 6 и 1) и ключ. Поместить якорь между полюсами стального магнита, включить ток и, уменьшив сопротивление реостата, получить вращение якоря.
2) Изменить направление вращения двумя способами: переменой направления тока и поворотом магнита вокруг вер
тикальной оси на 180° (см. раздел 4).
3)	Включить через реостат к одному-двум элементам индуктор (электромагниты) и посредством магнитной стрелки проверить, правильно ли включены его катушки между собой (рис. 370, 2 и 391).
4)	Поместить между полюсами индуктора якорь и соединить якорь и индуктор последова1ельно (без реостата) (рис. 386, III). Пустить сериес-мотор в ход. Путём соответствующего переключения изменить направление вращения (см. раздел 4).
5)	Сделать соединения, соответствующие шунтовому мотору (рис. 386, II). Пустить в ход. Изменить направление вращения.
6)	Взять мотор от набора «Конструктор» (рис. 383), рассмотреть его устройство, в частности устройство якоря и переклю-
J 49, 10; § 50, 1
377
чателя К, и, согласно указаниям, данным в §51, 6, пустить в ход от трансформатора 120/12 V (рис. 409), включив последний в сеть переменного тока освещения1).
10.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме для 7 класса, определить их целевую установку. Сделать в тетради зарисовки опытов.
2)	Какие меры могут быть приняты по отношению к магниту, его между-полюсному пространству, весу смещающегося проводника, чтобы получить наибольший эффект при наименьшей силе тока (рис. 376)?
3)	Какой из контуров (рис. 378 и 389) является более ценным в методическом отношении?
4)	Будет ли работать вращающийся виток с коллектором из двух пластин (рис. 379) при питании его переменным током? Какое число оборотов должно быть придано витку (коллектор в виде двух колец), чтобы он действовал как синхронный мотор? Осуществимо ли это на практике?
5)	Зачем нужно балансировать стрелку при демонстрации опыта (рис. 380)? Какие добавочные приспособления нужны для того, чтобы контур повёртывался на различные углы в зависимости от силы тока (рис. 108, I)?
§ 50. Электромагнитная индукция.
Me тодические указания — см. т. 1, § 102. Изготовление приборов — см. т. 111, § 40. Рисунки по теме — см. т. IV, § 68 и рис. 303—305.
1. Методические замечания. Основным опытом по теме является получение индукционного тока при относительном движении проводника и магнитного поля. Этот опыт должен не только доказать возникновение тока в определённых условиях,но и служить также для установления правила правой руки. Однако, опыты по этому вопросу, описанные почти во всех учебниках, приводят лиш ь к обнаружению самого факта индукции и притом идут путём несколько запутанным в методическом отношении; правило же правой руки вводится обычно догматично. Знаменательно, что прибор «катушка для получения индукционного тока» (рис. 392) сохраняет свою
i) Объяснение устройства якоря и коллектора из трёх пластин — см. Ф. Э., т. IV, § 10, 3, рис. 196, 197 и 201.
378
§ 50. 2
традиционную форму по крайней мере более полусотни лет, и не одно поколение преподавателей, манипулируя с этим прибором, повторяет ставшие банальными объяснения: «возьмём магнит и введём один из его полюсов в катушку»... Этот традиционный опыт с катушкой для индукции с установлением правила правой руки является ярким примером, показывающим нередко наблюдающийся разрыв между техникой и методикой эксперимента, в то время как в техническом отношении опыт является если не безупречным, то во всяком случае более чем удовлетворительным. В целях выяснения определяющего влияния методики эксперимента на его технику далее приведены подробные методические указания для двух вариантов опыта по индукции.
Наиболее простым опытом по своей методике и технике является получение индукционного тока при движении прямого провода между полюсами (см. Ф. Э., т. IV, § 12, 7). Однако этот опыт требует применения зеркального гальванометра и поэтому уместен в школе-десятилетке.
Некоторые технические затруднения вызывает демонстрация получения переменного и постоянного токов посредством катушки, вращающейся в магнитном поле (рис. 393). Эти затруднения возникают вследствие того, что промышленность не выпускает нужного прибора, рассчитанного па применение демонстрационного гальванометра. Нужную катушку (рис. 393) можно изготовить своими силами, но сделать к ней коллектор .— задача далеко не простая. Поэтому приходится ограничиваться демонстрацией возникновения переменного тока; выпрямляющее же действие коллектора объяснять на модели (рис. 389).
Остальные опыты по теме заключаются в демонстрации устройства и действия магнито-электрической и динамомашин (рис. 394 и 25), а также по вопросу о правиле Ленца (о чём — см. т. I, § 10V).
Для внеклассных занятий по физике, в частности, для вечеров занимательной физики, могут быть использованы опыты: индукционный телефон Белля (ф. Э., т. IV, § 14, 5 и рис. 266) и катушка Румкорфа. Изучение катушки Румкорфа в программу школы-семилетки не входит, но каждый из преподавателей должен уметь пользоваться катушкой, поэтому * дальше приведено списание некоторых опытов с нею.
2. Обзор опытов по теме: «Электромагнитная индукция».
1) И н д у к ц и -я при движении проводника в магнитном поле. Правило правой руки — см. раздел 5.
Опыт заключается в обнаружении резкого уменьшения скорости груза при своём падении, приводящего в действие динамомашину, в момент перехода от холостого хода к получению от неё тока (зажигание ламп). Опыт не выходит с магнито-электрической машиной Главучтехпрома (рис. 394), почему здесь не описывается (см. Ф. Э., т. IV, § IS, 1).
§ 60, 3
379
Рис. 393. Поворачивающаяся катушка для демонстрации индукции.
2) Индукция вращающейся катушкой демонстрируется на упрощенном приборе, состоящем из катушки (прямоугольной формы), укреплённой на оси и вращаемой руками между полюсами U-образного магнита (рис. 393). При изготовлении катушки для получения наибольшего эффекта, т. е. заметных показаний демонстрационного гальванометра, надо иметь в виду следующие положения:
а)	Длина катушки должна быть не менее ширины полюсных наконечников магнита. Ширина катушки делается такой, чтобы она при своих поворотах чуть-чуть не задевала полюсные наконечники.
б)	Наибольший эффект при прочих равных обстоятельствах будет получен при двух условиях: при возможно большем числе витков и при сопротивлении катушки, равном сопротивлению демонстрационного гальванометра.
Кроме того, в целях получения наибольшей электродвижущей силы индукции:
в)	следует брать два или даже три U-образных магнита и притом возможно более сильно намагниченных.
Катушку укрепляют на деревянной или металлической оси, например на карандаше. Для удобства объяснения проводники А и В следует окрасить в различные цвета.
О выполнении опыта — см. раздел 6.
3) Демонстрационный контур с коллектором, описанный в § 49, 7 и служащий для объяснения действия коллекторного для объяснения выпрямления тока (рис. 378 и 389). Кроме этого, потребуется ещё второй демонстрационный контур подобного же устройства, но с двумя кольцами вместо коллектора (рис. 403). Раскрашивается он так, как это показано в § 49 (рис. 40, I). При демонстрации магнитные полюсы изображаются табуретками или ящиками, силовые линии —двумя-тремя бечёвками со стрелками (рис. 390). О проведений демонстрации с4 контурами —см. раздел 7 и ф. Э., т. IV, § 17, 2.
3. Обзор демонстраций по теме: «Генераторы переменного и постоянною токов-». 1) Магнито-электрическая машина является единственной действующей моделью генератора как переменного, так и постоянного токов, так как кольца
мотора, можно использовать
380
$ 50, 4
могут быть заменены прилагаемым коллектором CD (рис. 394). Машина не демонстративна, так как её устройство можно увидеть, и притом не без труда, лишь в непосредственной близости. Разборка же её и сборка требуют сравнительно значительного времени. Машину демонстрируют, накаливая лампочку от карманного фонарика, приводя в действие электрический звонок и т. п.
Опыты с генератором — см. раздел 8.
2)	Динамомашин малой мощности, предназначенных для школы, нет, если не считать сохранившихся кое-где старых моделей (см. ф. Э., т. IV, § 17,,4).
Наибольшего внимания, однако скорее в качестве источника тока, заслуживает динамо с приводом для кинопроекторов.
Для демонстрации желательно иметь также динамо-машину для карманного фонарика (рис. 395, II). Магнит крестообразной формы NS, утяжелённый для увеличения инерции заделкой в свинец, служит якорем. При его вращении в катушках на железных сердечниках возникает перемен
ная электродвижущая сила (см. т. I, рис. 203).
3)	Телефонное магнето (рис. 395,1), дающее обычно переменный ток с напряжением в несколько сотен вольт, в технике применяется для приведения в действие электрических звонков переменного тока (см. Ф. Э., т. V, § 5, 1 и рис. 118). Демонстрация магнето имеет смысл только в местностях, где имеются телефоны с индукторным вызовом. Магнето от двигателя внутреннего сгорания (автомобильное) является чересчур сложным как для демонстрации, так и/ для объяснения его устройства.
4.	Катушка Румкорфа. 1) Принцип действия катушки Румкорфа объясняется опытом, описанным в § 51, 3 (рис. 404).
2) Конструкции катушек Румкорфа разнообразны (рис. 396). Описание устройства и типов катушек дано в Ф. Э., т. IV, §§ 15 и 16. Демонстрирование катушки Румкор-
§ 50, 4
381
Рис. 395, 1. Телефонное магнето
фа в классе не обязательно, но работу её (получение искры) можно с большой пользой показать перед объяснением и демонстрацией трансформатора (§ 51. 5).
Катушка в кабинете семилетней школы находит себе применение для получения свечения трубок Плюккера (спектры
Рис. 395, II. Устройство фонарика с динамомашиной, приводимой в действие от руки.
382
§ 50, 5
газов, раздел 9) и при демонстрации на внеклассных занятиях лучей Рентгена. О трубках Плюккера и Рентгена — см. Ф. Э., т. IV, § 23, 2; § 25, 1; § 26, 1—4, а также брошюру Главучтех-прома.
5.	Опыт L Условия возникновения индукционного тока и его направление.
Приборы и материалы:!) Демонстрационный гальванометр (рис. 113). 2) Катушки для индукции — покупная (рис. 392) и упрощенная самодельная (рис. 401). 3) Магниты —прямой и U-образный. 4) Лабораторный штатив. 5) Провода для соединений.
Рис. 396. Катушка Румкорфа.
Е — винт для изменения нажима на молоточек F; С — конденсаторы для уменьшения в первичной цепи э. д. с. размыкания.
Выясним взаимоотношение между методикой и техникой школьного эксперимента на примере: демонстрация получения индукционного тока. Определим целевую установку данного опыта.
а)	Опыт должен служить прежде всего для обнаружения самого факта электромагнитной индукции — явления, совершенно неизвестного учащимся из жизненной практики.
б)	Затем на опыте же надо выяснить условия возникновения индукционного тока, именно необходимость такого относительного перемещения проводника и магнитного поля, при котором происходило бы пересечение проводником линий поля.
в)	Далее опыт должен показать зависимость величины электродвижущей силы индукции (силы тока) от скорости относительного движения поля и проводника.
§ оО, 5
38а
Рис. 397. Установка для демонстрации электромагнитной индукции посредством движения прямого магнита.
г)	Наконец, необходимо, чтобы опыт позволил установить связь между направлениями: силовых линий поля, движения проводника и индукционного тока, т. е. вывести, правило правой руки.
Таковы методические требования, предъявляемые к опыту: «получение индукционного тока».
Сначала рассматривается, каким из этих требований может удовлетворить опыт с покупной индукционной катушкой (рис. 392), а затем разбирается применение самодельной катушки для тех же целей.
1-й вариант. Катушка для индукции, применяемая в рассматриваемом варианте, состоит из двух самостоятельных обмоток — одной А из тонкой проволоки и другой В из более толстой, а также из железного сердечника С (рис. 392). Каждая из двух обмоток сделана на отдельных каркасах, благодаря чему их можно разделять, вынур одну из другой. Об основном назначении обмотки с малым числом витков и железного сердечни -ка — см. § 51,2.
Проделать опыты с этой катушкой:
1)	Присоединить ка
тушку из тонкой проволоки к демонстрационному гальванометру. Взять прямой магнит с окрашенными полюсами. Сначала продемонстрировать, что индукционный ток возникает только в моменты движения магнита, вставляемого или вынимаемого из катушки: если же магнит остаётся неподвижным, то индукционный ток не появляется (рис. 397).
2)	Укрепив магнит неподвижно, надеть катушку на один из полюсов магнита и затем снять её с этого полюса и тем самым показать, что для возбуждения индукционного тока важно получить относительное движение поля и проводника. Что же при этом остаётся неподвижным — катушка или проводник — совершенно безразлично.
3)	Продемонстрировать, что величина электродвижущей силы зависит от скорости движения магнита относительно проводника и обратно. Чем резче (быстрее) будет движение магнита или катушки, тем большее отклонение даст гальванометр; следовательно, тем сильнее будет индукционный ток.
384
§ »0, 5
Эти первые вводные опыты можно считать вполне удовлетворительными в методическом отношении, если отклонение стрелки гальванометра достаточно велико (не менее х/з шкалы).
Проделать теперь второй круг демонстраций, имеющий своей целью показать, что индукционный ток возникает лишь при определённом движении магнитного поля и катушки относительно друг друга.
4)	Продемонстрировать четыре возможных случая индукции, замечая каждый раз направление тока:
Рис. 398. Магнитное поле прямого магнита.
Рис. 399. Магнитное поле U-образного магнита
а)	ввести быстрым движением северный (синий) полюс магнита в катушку;
б)	удалить его также быстро из катушки;
в)	ввести в катушку южный полюс;
г)	удалить его из катушки.
Этим четырём случаям будет соответствовать появление индукционного тока двух направлений (а и г; б и в).
Так как конфигурация поля вокруг прямого магнита (рис. 398) сложна, то весьма трудно выяснить учащимся 7 класса, почему именно направления тока в случаях а, г и б, в получаются одинаковыми. Таким образом, данный опыт позволяет лишь обнаружить само явление индукции и установить, что получается индукционный ток двух различных направлений. Доказать же с помощью чертежа, что необходимым условием индукции является не только движение, но и пересечение силовых линий, можно лишь с некоторой натяжкой (рис. 398).
Однако, стоит лишь взять вместо прямого U-образный магнит, у которого силовые линии между его полюсами могут быть приняты за ряд параллельных прямых (рис. 399), как необходимость пере
5 50, 5
385
сечения проводника и силовых линий становится ясной из опыта, поясняемого чертежом 400. При этом можно говорить не о внесении в катушку того или иного полюса, что запутывает вопрос, а о пересечении провода линиями или, наоборот, линий проводом.
5)	Проделать опыт для четырёх случаев индукции, пользуясь U-образным магнитом, избегая упоминать при рассказе о по-
кис. 400. Четыре случая индукции.
люсах, а говоря о силовых линиях того или другого направления.
Такая замена прямого магнита U-образным даёт выигрыш не только в методическом отношении, но и в техническом, так как гальванометр станет давать отклонения большие, чем это удавалось получать при пользовании прямым магнитом.
Однако, на основании проделанных опытов никак нельзя установить точную связь между направлениями: движения провода, силовых линий и получаемого тока, так как направление витков катушки неизвестно. Следовательно, демонстрация с данной •25 Е. II Горячкин
386
$ #0. 5
катушкой не может полностью удовлетворить целевой установке, высказанной в начале раздела 5.
Таким образом, приходится или дать дополнительную демонстрацию для введения правила правой руки, или же, что рациональнее, отказаться от данной конструкции катушки и заменить её другой.
2-й вариант. Катушкой для индукции служит моток проволоки; три-четыре крайних витка на мотке сделаны из толстого провода (железного или медного, покрытого изоляцией) с той целью, чтобы было ясно видно направление обмотки (рис. 40, II). Концы этих витков окрашены в два различных цвета, например чёрный и белый, чтобы можно было при рассказе легко
Рис. 401. Установка для демонстрации индукции с помощью перемещаемой катушки и U-образного неподвижного магнита.
называть эти концы по их цвету. К концам обмотки присоединены два гибких провода, имеющие соответственно те же цвета, т. е. белый и чёрный, и служащие для присоединения к гальванометру.
Для опыта следует взять такой демонстрационный гальванометр, чтобы направление отклонения его стрелки происходило «по току» (§ 45,6). Это нужно для определения направления индукционного тока.
Приступая к опытам с описанной катушкой, следует помнить, что в правиле правой руки говорится о движении провода, а не магнитного поля. Следовательно, при демонстрациях необходимо перемещать катушку, а не магнит.
Проделать опыт в такой последовательности:
1)	Укрепить на лабораторном штативе сильный U-образный магнит. Надевая и снимая быстро катушку, показать четыре возможных случая (рис. 401).
2)	С помощью чертежа 400выяснить, что случаи 1—IV и II—III совершенно идентичны, если при объяснениях не упоминать о
$ 50, b
387
Рис. 402. Расположение руки на
полюсах, а принимать во внимание лишь направление силовых линий и направление движения провода.
3)	С помощью чертежа (рис. 399) показать, что происходит пересечение линий поля проводом.
4)	Ввести правило правой руки примерно так:
«Ладонь обращаю к северному полюсу, а большой палец располагаю по направлению движения проводников (катушки) (рис. 402). Пальцы показывают, что ток индукции потечёт в катушке от белого конца к чёрному. Наоборот, через гальванометр ток потечёт от клеммы с присоединённым чёрным проводом к клемме с белым. Следовательно, стрелка гальванометра (в случае присоединения чёрного провода к левой клемме) даст отклонение слева направо, что и подтверждается опытом».
Рассмотреть применение правила правой руки для всевозможных случаев.
Заключение. Подытоживая всё сказанное, можно сделать следующий вывод:
Анализ целевой установки демонстрации определил не только технику опыта, но и заставил:
а)	создать новый прибор по индукции с окрашенными проводами;
б)	вместо прямого применить U-образный магнит;
в)	сделать переключения внутри гальванометра для получения отклонений стрелки «по току» (§ 45, 6);
г)	при опыте перемещать катушку, а не магнит.
Таким образом, из рассмотренного примера совершенно очевидно, какое определяющее значение имеет методика для техники эксперимента.
6.	Опыт II. Индукция вращающейся катушкой.
Приборы и материалы:!) Демонстрационный гальванометр (рис. 113). 2) Три U-образных магнита. 3) Катушка прямоугольной формы (рис. 393). 4) Лабораторный штатив. 5) Экран фона (рис. 56). 6) Гибкие разноцветные провода для соединений.
Опыт служит для демонстрации, показывающей, что при повороте катушки в магнитном поле индуцируется переменный ток, меняющий своё направление два раза при каждом полном обороте. Об устройстве катушки— см. раздел 2. Для успеха опыта весьма важно овладеть навыком, заключающимся в поворачивании катушки каждый раз на 180°.
23
388
£ ~>0, 7
1)	Укрепить в лапках штатива два или три U-образных магнита, сложив их одноимёнными полюсами. Катушку гибкими разноцветными проводами присоединить к демонстрационному гальванометру (рис. 393).
2)	Взяв ось катушки в руки так, как это показано на рисунке 393, поместить между полюсами магнитов. Катушку расположить на нейтральной линии М М г Резко повернуть катушку ровно на 180° и заметить отклонение гальванометра. После успокоения стрелки на нуле вновь повернуть катушку ещё на 180° и продемонстрировать отклонение в противоположную сторону.
Рис. 403. Демонстрационный контур с кольцами.
3)	Тренироваться до тех пор, пока не выработается навык столь быстрого поворота катушки на 180°, что отклонение стрелки получается почти на всю шкалу.
4)	Воспользоваться цветной окраской «активных» проводников катушки, а также проводов, соединяющих её с гальванометром, и вывести правило правой руки.
5)	Выяснить, как скажется на показаниях гальванометра уменьшение числа магнитов, для чего следует оставить только один магнит.
6)	Проверить, как обеспечивается видимость. Применить экран фона.
7.	Опыт Ш. Демонстрационный контур.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный контур с кольцами (рис. 403) и с коллектором (рис. 389). 2) Две табуретки или два ящика. 3) Бечёвка.
Демонстрация служит для объяснения способа получения переменного тока при вращении контура и выпрямления этого тока коллектором.
1)	Создать установку, подобную показанной на рисунке 390 и описанную в § 49, 7. Взять контур с кольцами и, применяя
§ 50, 8—9
389
правило правой руки, дать исчерпывающие объяснения1* получения переменного тока.
2)	Заменить контур другим — с коллектором. Объяснить получение во внешней цепи тока с постоянным направлением.
3)	Подобрать наиболее удобные положения «полюсов», контура и самого экспериментатора для обеспечения видимости и наглядности демонстрации.
8.	Опыт IV. Магнито-электрическая машина.
Приборы и материалы: 1) Магнито-электрическая машина (рис. 394). 2) Демонстрационный гальванометр с шунтом до 1 А (рис. 113). 3) Лампочка от карманного фонарика. 4) Электрический звонок. 5) Провода для соединений.
Опыт служит для ознакомления с устройством и действием магнито-электрической машины.
1)	Познакомиться с устройством магнито-электрической машины. Поставить на вал машины «коллектор» с двумя кольцами.
2)	Снять со шкива приводной ремень. Якорь присоединить к гальванометру (без шунта). Обмотку якоря расположить так, чтобы она лежала в нейтральной плоскости. Пальцами повернуть якорь на 180°. Наблюдать отклонение гальванометра. Повернув ещё на 180°, получить отклонение в противоположную сторону. Тренироваться до получения ясных результатов.
3)	Надеть ремень. К якорю присоединить последовательно лампочку от карманного фонарика и амперметр до 1 А (демонстрационный гальванометр с шунтом до 1 А (рис. 114). Привести машину во вращение и накалить лампочку. Наблюдать, что покажет амперметр.
4)	Повторить последний опыт, заменив кольца коллектором CD (рис. 394) из двух пластин. Выяснить, даст ли теперь показания амперметр.
5)	Испробовать, придёт ли в действие электрический звонок.
9.	Опыт V. Катушка Румкорфа.
Приборы и материалы: 1) Катушка Румкорфа (рис. 396). 2) Два-три элемента или аккумулятора. 3) Штатив для трубок Плюккера. 4) Трубки Плюккера (рис. 404). 5) Спектроскоп прямого зрения (рис. 446). 6) Лучинка с ватой на конце. 7) Спирт, денатурированный, или серный эфир. 8) Провода для соединений.
Опыт имеет целью ознакомить с приведением в действие катушки Румкорфа (рис. 396), с применением её для получения свечения трубок Плюккера (рис. 404).
1)	Ознакомиться по описанию и в натуре с устройством катушки Румкорфа. Включить её в цепь батареи из двух-трёх эле-
т)	Объяснения вести в предположении, что они производятся перед учащимися 7 класса.
390
£ 50. 9
ментов или аккумуляторов. Сведя электроды от вторичной обмотки почти до соприкосновения и поворачивая контактный винт D (рис. 405), добиться получения ровного чистого тона при колеба-
Рис. 404. Установка катушки Румкорфа для приведения в действие трубок Плвдккера.
С (Ф. Э., т. IV, § 16, 2). Прерыватель
ниях якоря отрегулирован так, чтобы при в колебательное движение без
должен быть включениях тока якорь приходил подталкивания его пальцем.
2)	Раздвигая электроды, получить между ними искру, однако не длиннее, чем допускается как предел для данной катушки, во избежание её гибели (пробой изоляции; см. Ф. Э., т. IV, § 15,1).
Рис. 405. Прерыватель катушки Румкорфа.
Ввести в искру ватку, смоченную спиртом или, лучше, эфиром и намотанную на конец лучинки (не проволоки!). Получить воспламенение ватки.
3)	Сблизив несколько электроды, поместить на пути
искры лист плотной бумаги. Получив в нескольких местах её пробой, обнаружить отверстия, смотря на свет.
4)	Присоединить, как показано на рисунке 404, трубку Плюк-кера, укреплённую в штативе. Согласно указаниям, данным в
§ 50, 10; § 51 I
391
§ 56, 6, в карманный спектроскоп наблюдать газовый (линейчатый) спектр.
10.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить опыты но геме для 7 класса и определить их целевую установку. Сделать зарисовки опытов в тетради.
2)	Почему в опыте «электромагнитная индукция» отклонения стрелки гальванометра при пользовании U-образным магнитом получаются большими (рис. 401), чем с прямым магнитом (рис. 397)?
3)	Доказать, что требования, предъявленные в разделе 2 (2) к опытам с катушкой, вращаемой в магнитном поле (рис. 393), являются выполнением условий для получения наибольшей электродвижущей силы согласно формуле
E~Blvt
где В— магнитная индукция; I — длина проводника и v— линейная скорость движения.
4)	Какой толщины — в 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 или 0,3 мм следует взять проволоку для катушки (40 jhjh%60 мм) с целью получения наибольшего эффекта при гальванометре с сопротивлением в 10 омов?
5)	Будет ли испорчена магнито электрическая машина (рис. 394) при коротком замыкании на себя?
6)	Можно ли показать явления электролиза при помощи магнито-электрической машины?
7)	Для какой цели можно применить демонстрацию зажигания искрой ваты с эфиром (раздел 9)?
8)	Почему ни в коем случае нельзя питать катушку Румкорфа, хотя бы слабым током, через ламповый реостат (рис. 308) от сети на 120 V, а тем более на 220 V?
§ 51. Переменный ток.
Методические указания — см. т. I, § 103. Изготовление приборов — см. т. Ill, § 50. Рисунки по теме — см. т. IV, § 69 и рис. 306—309.
1. Методические замечания. Понятие о переменном токе вводится при изучении явления электромагнитной индукции на основе опыта с поворачиванием рамки в магнитном поле (рис. 393). Однако ограничиваться только этим опытом нельзя. Необходимо экспериментальным путём показать сходство и различие между действиями (тепловыми, химическими, механическими и магнитными) переменного и постоянного токов (рис. 406). Затем демонстрируется принцип действия трансформатора (рис. 407 и 408); показывается устройство (рис. 409) и применение (рис. 412) трансформатора для изменения напряжения. Опыт, иллюстрирующий передачу энергии на расстояние, показать в школьных условиях весьма трудно, так как он требует применения двух трансформаторов, повышающих напряжение до нескольких тысяч вольт.
Для внеклассных занятий и, в частности, для вечеров занимательной физики может быть поставлено большое число инте
392
§ 51, 2—3
реснейших демонстраций, о чём — см. в книгах Ф. Э., т. V и Горя ч к и н, «Переменный ток».
Кроме опытов, имеющих непосредственное отношение к изучаемой теме, дальше описывается применение простейшего алюминиевого выпрямителя. В целом ряде демонстраций можно пользоваться выпрямленным током, не прибегая к помощи батареи из элементов или аккумуляторов.
2. Обзор опытов по теме: «Переменный ток». 1) Сравнение действий переменного • и постоянного токов — эта демонстрация (рис. 406) имеет принципиальное значение, и поэтому обойтись без неё нельзя. Сравниваются действия: тепловые, химические и магнитные. Весьма важно показать также, что у неоновой лампы светятся при переменном токе оба электрода, а при постоянном — один.
2) Получение переменного тока поворотами рамки — см. § 50, 6.
3) Индукцию током, как вводную к объяснению принципа устройства трансформатора, показывают при помощи установки, изображённой на рисунке 407. К первичной обмотке В катушки для индукции (рис. 392) присоединяют через ключ один-два элемента. Вторичную обмотку А включают к демонстрационному гальванометру. Демонстрируют возникновение во вторичной цепи тока при замыкании и размыкании тока в первичной. Показывают, что при железном сердечнике С эффект индукции усиливается. Попутно, сделав в первичной катушке ток непрерывным и вдвигая её и выдвигая, демонстрируют явление индукции, соответствующее описанному в § 50, 5 при вдвигании полюса магнита.
3.	Обзор опытов по теме: «Трансформатор». 1) Принцип действия трансформатора. Описанный выше опыт — индукция током (рис. 407), как указано, служит введением при изучении трансформатора.
Прибор Томсона также весьма полезен для этой же цели (рис.408). Он состоит из катушки с выступающим железным сердечником. Катушку включают непосредственно (без реостата) в цепь переменного тока освещения (120 У,ноне 220 V), ни в коем случае не йынимая сердечника 1\ Осторожно надевая на сердечник катушку Л, укреплённую на деревянном кольце с ручкой, показывают, чте лампочка от карманного фонарика накаливается. Соскакивание алюминиевого кольца В с сердечника и висение медного кольца С—опыты, которые не могут быть объяснены одним явлением индукции и требуют понятия о сдвиге фазы2).
Без сердечника катушка сгорит. С сердечником катушка, не перегреваясь,'выдерживает под током не более 5—6 мин.
а) См. Горячкин, «Переменный ток», §§ 25 и 26.
Перемен-
ный ток
Постоян-
ный ток
Сравнение действий постоянного и переменного токов
Тепловые действия одинаковы: накаливание волоска электрической лампочки может быть вызвано, как переменным, так и постоянным током.
Химические действия неодинаковы: при электролизе раствора медного купороса постоянный ток вызывает выделение меди на аноде; при пропускании через тот же раствор переменного тока выделения меди не заметно.
При электролизе раствора серной кислоты постоянный ток вызывает выделение на аноде кислорода (1 часть по объёму) и на катоде водорода (2 части). При электролизе того же раствора переменным током на аноде и катоде выделяются одинаковые количества смеси кислорода и водорода.
Магнитные действия неодинаковы: намагниченная сталь-		
ная полоска притягивается к электромагниту, питаемому постоянным током; при питании электромагнита перемен Ным током полоска колеблется.		
У неоновой лампы при постоянном токе светится один электрод, при переменном токе— попеременно оба электрода.	и	
Рис. 406.		
39'i

Рис. 407. Установка для демонстрации
индукции при перерывах тока.
(рис. 409). Этот трансформатор предназначен, главным образом, для демонстрации его устройства. Однако, его можно применять и для длительной нагрузки при мощности не более 50 W. Поэтому трансформатор оказывается пригодным для накаливания ки-
Рпс. 408. Прибор Томсона.
нопроекционных ламп на 12 V, в 30 W и 50 W в школьных фонарях.Трансформатор состоит из железного сердечника, складывающегося из двух частей А и В, скрепляемых посредством стяжного болта С. Три катушки являются сменными и предназначены соответственно для напряжений в 220 V, 120 V и 12 V. Сопротивления их (омические) равны 50, 10 и 0,25 ома.
Для питания вольтовой дуги трансформатор не пригоден.
С трансформатором весьма эффектны опыты потухания электрической
§ al, 4—5
395
лампочки (100—300 W) при введении в катушку железного сердечника. Эти опыты, подробно описанные в Ф. Э., т. V, § 15, 8, рекомендуются для вечера занимательной физики.
Полезным оказывается в школе трансформатор СО—0,04 для детских электроигрушек, позволяющий получить различные напряжения 4 V, 6 V и 8 V (рис. 410).
4.	Алюминиевый выпрямитель. Опыты с описанными далее выпрямителями приводятся для того, чтобы преподаватель мог использовать их для демонстраций при отсутствии источников постоянного тока.
Рис. 409. Школьный разборный транс- Рис. 410. Трансформатор для форматор.	детских игрушек.
Выпрямитель состоит из двух электродов: одного — алюминиевого (проволока, палочка, пластинка), покрытого слоем окиси, и другого — железного или свинцового, погружённых в насыщенный раствор соды или, лучше, углекислого аммония1^ (рис. 413).
Плёнка* окиси на алюминиевом электроде позволяет получить вентильное действие (одностороннюю проводимость), именно: ток оказывается способным течь через неё от алюминия к другому электроду (железу), но не в обратном направлении (подробнее — см. Ф. Э., т. I, §§ 56—58). Образование этой плёнки происходит при пропускании переменного тока через раствор. Этот предварительный процесс носит название формовки. Описанные далее выпрямители с проволокой формуются почти моментально.
5.	Опыт I. Изучение действия трансформатора.
Приборы и материалы: 1) Разборный трансформатор (рис.409). 2) Лампочки на 4, 12 и 220 .V и две на 120 V. 3) Изолированный провод толщиной в 0,5—0,8 мм. 4) Вольтметр переменного тока на 220 V. 5) Электромотор «Конструктор» (рис. 383). 6) Никелиновый провод толщиной в 0,3—0,5 мм. 7) Провода для соединений. 8) Ключ.
1) Раствор соды перестаёт оказывать выпрямляющее действие при температуре в 60—70°; при углекислом аммонии выпрямление происходит даже при закипании этого раствора.
396
§ Ы 5
Опыты имеют своей целью научить пользоваться трансформатором для демонстраций. Надо помнить, что катушку на 12 V ни в коем случае нельзя непосредственно включить в цепь тока в 120 V, а тем более в 220 V. Катушки на 120 V и на 220 V также нельзя непосредственно присоединять к сети освещения, если они не надеты на железный сердечник.
1)	На сердечник надеть катушки на 12 V и на 120 V. Присоединить к катушке на 12 У кинопроекционную лампочку на 12 V (рис. 71, V). Включив катушку на 120 V в сеть освещения, получить накал двенадцативольтовой лампочки.
Т
R
Рис. 411. Схема включения мотора через трансформатор.
2)	Заменить лампочку на 12 V мотором М от набора «Конструктор» (рис. 383), включив в его цепь последовательно реостат R с движком (§ 49, 9) и с сопротивлением в 5 омов (рис. 411, I). Наблюдать вращение мотора. Показать изменение числа оборотов мотора при увеличении и уменьшении сопротивления на реостате.
3)	Сделать при помощи круглого карандаша спираль из пятнадцати-двадцати витков никелиновой проволоки толщиной не более 0,5 мм и посредством медных проводов приключить её к катушке на 12 V (рис. 412, I). Катушку на 120 V на короткое время включить в сеть освещения. Если никелиновый провод раскалится сильнее, чем до красного каления, число витков прибавить, взяв проволоку более длинную. Если накал окажется недостаточным, постепенно убавлять длину никелиновой проволоки.
4)	На сердечник надеть только одну катушку на 120 V. Взять медный изолированный провод длиной в 1—1,5 м щ сделав им не более трёх-четырёх витков на свободном стержне сердечника, присоединить концы к лампочке от карманного фонарика (рис. 412, II). Включить первичную катушку на 120 V в сеть освещения. Затем увеличивать число витков, обкручивая для этого провод вокруг стержня, до получения нормального накала лампочки на 4 V, и тем самым показать зависимость получаемого напряжения от числа витков.
т) Для опыта пригоден кусочек спирали от перегоревшей электроплитки (рис. 130).
5 51, в
397
5)	На сердечник надеть одну катушку на 120 V. На свободном стержне сделать пять-шесть витков из изолированного провода, ни в коем случае не толще 0,3 мм. Включив катушку на 120 V в сеть освещения, замкнуть посредством ключа вторичную (сделанную) обмотку накоротко. Продемонстрировать(на короткое время), как из этой обмотки пойдёт дым вследствие разрушения изоляции от нагревания.
II
Рйс. 412. Различные опыты с трансформатором.
6)	На сердечник надеть катушки на 120 V и на 220 V (рис. 411,11). К катушке на 220 V присоединить вольтметр переменного тока на 220 V и затем одну лампочку на 220 V или две на 120 V, соединив их последовательно. Продемонстрировать повышающее действие трансформатора.
6.	Опыт II. Простейшим выпрямитель.
Приборы и материалы. 1) Крышка от набора Горячкина (рис. 310). 2) Электроды — алюминиевая палочка свин новая пластинка, два угля. 3) Консервная жестяная банка. 4) Кусок алюминиевой проволоки (толщиной в 0,8—1,5 мм и длиной в 20—30 см). 5) Растворы медного купороса и углекислого аммония. 6) Простейший электромоторчик с магнитом (рис. 381). 7) Неоновая лампочка. 8) Амперметр переменного тока до 10 А. Я) Разборный трансформатор (рис. 409). 10) Провода для соединений. 11) Кювета.
Опыты служат для ознакомления с простейшим видом алюминиевого выпрямителя.
1)	Укрепить в крышке прибора Горячкина алюминиевую палочку и свинцовую пластинку и погрузить их в раствор соды или, лучше, углекислого аммония (рис. 413, I). Присоединить последовательно к этому выпрямителю В амперметр А переменного тока (рис. 414, I) и включить их в цепь переменного тока освещения на 120 V, предварительно вытянув вверх алюминиевую палочку настолько, чтобы её нижний конец оказался выше поверхности жидкости. Вдвинуть палочку на 1—2 см в жидкость и держать
398
.? ~>t, 6
так до тех пор, пока ток не уменьшится почти до нуля. Затем постепенно погружать палочку и таким образом отформовать всю её
Рис. 413. Простейшие выпрямители.
2)	Включить неоновую лампу сначала в сеть переменного тока и убедиться, что у неё светятся оба электрода. Затем в цепь последовательно с лампочкой N ввести отформованный выпрямитель В (рис. 414, II) и наблюдать свечение только одного из элек
Рис. 414. Схемы включения выпрямителя.
тродов, что является характерным для постоянного тока (рис. 406).
3)	Использовать выпрямитель не только по его прямому назначению, но и как водяной реостат. Выдвинуть алюминиевую палочку из жидкости и последовательно с выпрямителем В вклю
§ 51, 7	399
чить модель упрощенного моторчика М с магнитом (рис. 414, Ill). Постепенно погружать палочку в раствор, уменьшая тем самым омическое сопротивление выпрямителя, до приведения в действие моторчика, работающего только от постоянного тока1).
4)	Включить последовательно с выпрямителем В два угольных электрода D, погружённых в раствор сернокислой меди (рис. 414, IV). Конец алюминиевой палочки погрузить в электролит на несколько миллиметров. Через две-три минуты убедиться в отложении меди на одном из углей. Определить, как расположены полюсы у выпрямителя.
5)	Вставить в достаточно узкую резиновую трубочку алюминиевую проволоку* 2). Провод согнуть соответствующим образом для его укрепления внутри жестяной банки (рис. 413, II). Налить в банку раствор углекислого аммония или соды. Изготовленньгм выпрямителем воспользоваться для повторения одного из описанных опытов с целью проверки выпрямляющего действия или для зарядки аккумулятора (§ 44, 9). Для формовки достаточно замкнуть выпрямитель на мгновение накоротко, включив его в цепь переменного тока.
6)	Понизить напряжение посредством разборного трансформатора Т со 120 V до 12 V ив цепь тока низкого напряжения включить выпрямитель В (рис. 414, V) и один из приборов D, нуждающихся в постоянном токе. Сопротивление выпрямителя сделать наименьшим, выдвинув алюминиевую проволочку из трубки возможно больше.
7.	Вопросы к отчёту студентов:
1)	Наметить демонстрации для 7. класса по теме и определить их целевые установки. Сделать зарисовки в тетради.
2)	Какое напряжение даст трансформатор (рис. 409) с катушками на 120 V и на 220 V, если последнюю (на 220 V) присоединить к сети освещения на 120 V?
3)	Можно ли при условиях, изложенных в предыдущем вопросе, воспользоваться разборным трансформатором для питания вольтовой дуги (см. § 46,»)?
4)	Какими простыми соображениями можно руководствоваться при подборе спирали от плитки в опыте накаливания проводника током в 12 V?
5)	Как сделать добавочную обмотку на поверхности катушки на 12 V для получения 4V, т. е. для накаливания лампочки от карманного фонарика? Как сделать отвод от обмотки на 12V для той же цели?
6)- Наметить круг опытов, которые можно произвести, пользуясь алюминиевым выпрямителем.
7) Почему описанный алюминиевый выпрямитель нельзя применить для зарядки аккумуляторов?
Ч Включать только на самое короткое время, ввиду неизбежного обгорания контактов (см. §-41, 4, пункт 10).
2) Можно применить алюминиевый провод в резиновой изоляции, удалив последнюю на конце на расстояние 8—10 мм.
400
52, 7-3
Глава десятая.
ДЕМОНСТРАЦИЯ ПО ОПТИКЕ И АКУСТИКЕ.
§ 52.	Общие замечания к опытам по оптике.
1.	Затемнение помещения. Проведение опытов по оптике обязательно требует устройства затемнения (§ 7, 4) в классе. При отсутствии затемнения прохождение оптики надо считать сорванным, так как изложение сведётся к наихудшим видам догмы. Так как для подавляющего числа опытов возможно ограничиться полузатемнением, то устройство временного затемнения с помощью учащихся (одеяла, газетная зачернённая бумага в два-три слоя и т. п.) вполне осуществимо. При полной невозможности устроить хотя бы временное, несовершенное затемнение, единственным выходом из положения является проведение эксперимента в вечерние часы.
Опыты по оптике чрезвычайно эффектны и всегда производят на учащихся сильное впечатление, почему труд преподавателя по их организации и воспроизведению будет вознаграждён.
2.	Исключение постороннего света. При всех опытах по оптике оказывает мешающее действие, осветляя в некоторой мере всё помещение, та часть света от источника, которая не используется для опыта. Так, например, лампа для получения изображений бесполезно разбрасывает свет во все стороны; лишь его малая часть попадает в линзу и даёт изображение. Этот неиспользуемый «посторонний» свет необходимо свести до минимума, для чего источники света нередко помещают в коробки с одной открытой стенкой или в глубокие колпаки (рис. 58), вычерненные внутри. Ещё большее устранение постороннего света даёт добавление к коробкам и колпакам диафрагмы, т. е. стенки с прорезанными в них отверстиями, форма и размер которых подбираются специально для каждого отдельного случая.
Особенно же важно заслонить действие прямых лучей источника света на глаза учащихся. Эти лучи оказывают «ослепляющее» действие и понижают видимость наблюдаемого явления. Так, если источник света окажется закрытым со стороны учащихся, то видимость изображений и всего опыта окажется более надёжной. Для устранения «слепящего» света применяют те меры, какие указаны выше, а когда это невозможно, ставят со стороны учащихся непрозрачные экраны.
Проекционный фонарь школьного типа, если свет прорывается сзади, закрывают куском непроницаемой для света ткани.
3.	Источники света. Источники света, применяемые при опытах по оптике, разнообразны. В одних случаях наиболее выгодно применять свечи, керосиновые лампы (рис. 520), в других — нужны источники, приближающиеся к точечным; к числу таких относятся электролампочки: от карманного фонарика и кинопро
$ 52, 4-5
401
екционные на 12 и 110 V, котельная на 12 V (рис. 71). Для получения изображения с помощью линз (§ 54, 8) наиболее подходящими являются электролампочки —угольная и синяя маскировочная, но может быть применена и обычная газонаполненная. Весьма важно для обеспечения опыта с «полутенью» приобрести шарообразный абажур молочного стекла или матовый.
В случае отсутствия электрического освещения единственным подходящим источником света для проекционного фонаря является ацетиленовая горелка (§ 13, 14) (рис. 79). При исправном действии эта горелка позволит проводить проектирование и демонстрации, в частности — с шайбой Гартля (§ 55, 2 и рис. 435) нисколько не хуже, чем с электрическими источниками света. Для других опытов следует применять лампочку от карманного фонарика или автомобильные на 6—12 V, накаливая их от батареи элементов типа МВД (§ 17, 7 и рис. 123).
4.	Экраны. Для опытов нужны прежде всего стенной экран (§6, 8) и, кроме того, малые настольные экраны (рис. 56). Такими экранами могут служить листы фанеры или картона, оклеенные с двух сторон1) белой бумагой. Весьма полезен просвечивающий экран, который может быть изготовлен из чертёжной кальки или восковой бумаги, натянутой на деревянной раме (рис. 57).
Особенно хорошими просвечивающими экранами являются стёкла — матовые или, лучше, молочные, приобретаемые в магазинах фотографических принадлежностей. Применение просвечивающих экранов позволяет пользоваться менее сильными источниками света без снижения видимости. Малые экраны весьма удобно закреплять в лапках штатива.
5.	Обнаружение путей лучей света. Во многих опытах по оптике надо показывать пути, по которым идут лучи или, вернее, пучки лучей света. Чем чище воздух, тем менее заметны эти пучки. Чтобы сделать пучок ясно видимым, существует несколько способов. Наиболее простым из них является задымление воздуха посредством дымаря, хотя это нежелательно по гигиеническим соображениям (§ 11, 5 и рис. 60). Поэтому к этому способу прибегают только тогда, когда пучок света является чересчур длинным или широким (§55,2). Второй способ, применяемый для сравнительно коротких и нешироких пучков, состоит в том, что под весьма малым углом к пучку света ставят белый матовый экран. Тогда пучок прокладывает по экрану освещённую полоску, ясно видимую в затемнённом помещении (см. § 55, 6 и 7). Действие универсального прибора, называемого шайбой Гартля, основано на этом принципе (§ 55, 2 и рис. 435).
Пучки лучей света, проходящие внутри жидкости или на её границе, могут быть обнаружены тем же способом при помощи
При оклеивании с одной стороны лист картона покоробится в одну сторону.
26 Е. H Горячкин
402
$ X*, 1
экрана. Особенного внимания заслуживает подкрашивание воды флюоресцирующими веществами, например, флюоресцином. В растворе флюоресцина путь пучка становится совершенно ясно видимым.
§ 53. Распространение света.
Методические указания — см. т. I, § 107.
Изготовление приборов — см. т. III, § 51. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 71 и 72 и рис. 310—319.
Рис. 415. Прокалывание отверстий в футляре, окружающем лампочку.
1. Обзор опытов по теме: «Распространение света». 1) Прямолинейное распространение света может и должно быть показано несколькими способами.
а)	Непосредственное наблюдение прямолинейности обеспечивают, создавая при помощи проекционного фонаря узкий пучок параллельных лучей (§ 55, 4). Для улучшения видимости прибегают к задымлению на пути лучей, для чего пользуются дымарём (§ 11, 5).
б)	Горящую электрическую лампочку накрывают коробкой из тонкого картона и шилом или острым гвоздём прокалывают в различных местах её стенок отверстия (рис. 415). По положению
«зайчиков» на потолке и стенах относительно отверстия и лампочки заключают о прямолинейности распространения лучей света.
в) Перед лампочкой ставят два-три экрана 1, 2, 3 с отверстиями (d = 1—1,5 см) так, чтобы на просвечивающем экране А получилось световое пятно (рис. 416). Добившись этого, продевают
Рис. 416. Обнаружение прямолинейности распространения света.
£ 53, 1
403
через отверстия нитку и, туго натягивая её между лампочкой и пятном на экране, доказывают прямолинейность распространения свет$ (см. Ф. Э., т. VF, § 21, 2).
г) Накрыв «точечную» лампочку (12 V, 50 W, рис. 71) коробкой с отверстием (d=l—1,5 см) в стенке и на верхнем основа-
нии, показывают при помощи дымаря, что пучок лучей является расходящимся, образуя более или менее правильный конус.
2. Изображение, получаемое посредством малого отверстия. а) Описанный выше опыт с узким отверстием в непрозрачном фут
Рис. 417. Опыт с сидением от стула.
ляре, закрывающем
лампочку (рис. 415), может служить для получения изображений.
б) Лампочку с возможно большим по своим размерам светящимся волоском (угольную или, что хуже, газонаполненную) помещают внутрь коробки1), в стенках которой сделаны отверстия различного размера (диаметром примерно в 1, 2, 3 и 4 мм). На просвечивающем экране (§ 52, 4) показывают полученные изображения, обращая внимание на то, что они, во-первых, являются перевёрнутыми и что, во-вторых, их резкость и яркость
зависят от диаметра отверстия.
Рис. 418 и 419. Четырёхточечный источник света.
в) Между обыкновенной лампочкой (расположив её горизонтально) и стеной или белым экраном помещают деревянное решётчатое сидение от стула (рис. 417). Получают ряд изображений волоска лампочки («червячков»). Опыт весьма эффектен; видимость возрастает, если с боков и сзади прикрыть лампу. Если «червячки» накладываются друг на друга, то некоторые отверстия надо заделать хлебным мякишем, замазкой и т. п.
г) В кружковой работе полезно поручить учащимся построить камеру-обскуру (см. Ф. Э., т. VI, § 23, 6) и произвести фотогра.-фирование камерой без объектива (см. Ф. Э., т. VI, § 23, 7).
*) Эффективность опыта сильно возрастает, если коробку внутри зачернить закапчиванием или посредством окраски.
26*
404
§ 53, 1
з
2 i
Рис. 420. Получение тени и полутени с помощью четырёхточечного ка света.
например, на
источни-
и п о л у-
д) Для домашней работы следует рекомендовать учащимся получение изображения пейзажа посредством малого отверстия в ^ставнях окна в комнате или ином затемнённом помещении.
3) Провешивание линий. Опыты с провешиванием не демонстративны; учащиеся знакомятся с ними на лабораторных работах (§70, 3—6).Следует поручить учащимся во внеурочное время произвести провешивание на местности,
пришкольном участке (см. т. I, рис. 257).
4) Т е н ь тень, а) Получение тени с точечным источником света должно являться предметом демонстрации (§ 24, 1).
б)	Для объяснения получения тени и полутени весьма полезна демонстрация с источником света из 4—5 ламп для карманного фонарика (рис. 418—419). Поместив между экраном и источниками света кружок, зажигают одну лампу за другой и показывают образование полутеней различной интенсивности (рис. 420).
Рис. 421. Установка для демонстрации «затмения Солнца».
§ 53, 2; § 54, 7
405
в)	В качестве источника света с большой поверхностью применяют шар из молочного стекла, внутри которого помещена электрическая лампочка. Тень и полутень получают от крокетного шара или от мяча (см. ф. Э., т. VI, § 22, 3).
г)	Для объяснений смены дня и ночи и солнечных затмений служит теллурий (см. Ф. Э., т. VI, § 22, 5) (см. т. I, рис. 255). Возможно обойтись и без него, воспользовавшись географическим глобусом (Земля) и мячом или картофелиной (Луна), а также вогнутым зеркалом (рис. 265) с помещённой в его конусе электрической лампочкой (Солнце) (рис. 421).
2. Обзор опытов по теме:* «Освещённость». 1) Демонстрацию зависимости освещённости от расстояния проводят, взяв три экрана. Их помещают на расстояниях, находящихся в отношении 1:2:3, и освещают расходящимся пучком света, например, от электрической лампочки. Экраны располагают так, чтобы они проектировались друг на друга для возможности сравнения их освещённости (см. Ф.Э., т. VI, §49, 1).
2) Демонстрацию зависимости освещённости от у г л а наклона площадки к пучку лучей, описанную в Ф. Э., т. VI, § 49, 2, надо признать сложной для семи летней школы; по данному вопросу в отношении эксперимента существует пробел.
§ 54. Отражение света.
Методические указания — см. т. I, § 108. Изготовление приборов — см. т. III, § 52. Рисунки по теме — см. т. IV, § 73 и рис. 320—325.
1. Методические замечания. По теме «Отражение света» эксперимент весьма многочисленен и разнообразен. Однако, число опытов, которые могут быть показаны в классе, сравнительно невелико. Дополнительный эксперимент на данную тему представляет собой благодарнейший материал для внеклассных занятий, в частности, для вечеров занимательной физики. К числу занимательных и поучительнейших опытов должны быть отнесены: отражение от двух или нескольких плоских зеркал (Ц и н-ге р, рис. 468; Ф. Э., т. VI, § 26, 1 и 4), в том числе калейдоскоп (Ф. Э., т. VI, § 26, 5), коленчатая труба (Ф. Э., т. VI, § 26, 6) и параллельные зеркала (Ф. Э., т. VI, § 26, 9 и 10). Ещё более интересными ддя учащихся являются опыты с получением изображений в сферических зеркалах (Ф. Э., т. VI, § 27, 8), в том числе особо занимательная демонстрация оптического обмана (Ф. Э., т. VI, § 27, 9), а также опыты с кривыми зеркалами (Ф. Э., т. VI, §28, 1-5).
В настоящей работе изучаются опыты со сферическими зеркалами и демонстрации получения изображений при помощи линз, во многом схожие по технике и методике своего воспроизведения.
406
§	2
Рис. 422. Прибор Т ин да-fl я для демонстрации закона отражения света.
2. Обзор опытов по теме: «Законы отражения света». Для демонстраций отражения света необходим слабо расходящийся (§ 55, 4) или, лучше, параллельный (§ 55, 4) пучок света, а также угломерное приспособление. Наиболее распространёнными в школах оказываются следующие специальные приборы:
1)	Прибор Тиндаля, состоящий из зеркала А, которое может поворачиваться вокруг оси и снабжено* перпендикулярной к нему стрелкой, указывающей на шкалу (рис. 422). О пользовании прибором — см. Ф. Э., т. VI, § 24, 2.
2)	Прибор Мюллера состоит из небольшого зеркальца С (рис. 423), которое может вращаться вместе со стрелкой D внутри полуцилиндрической коробки; на её стенках нанесены деле
ния в градусах. Луч света, пропущенный через, щель В, после отражения от зеркальца даёт зайчик на шкале. Таким образом можно убедиться в равенстве углов: а) между щелью и стрелкой (перпендикуляр к зеркалу) и б) между зайчиком и стрелкой. Прибор пригоден более для индивидуальных наблюдений, чем для демонстраций.
Рис. 423. Прибор Мюллера для демонстрации закона отражения света.
3)	Шайба Гартля обеспечивает наглядный показ большинства опытов на законы отражения, и её должно предпочесть перед прибором Тиндаля, а тем более Мюллера. Описание опытов с шайбой Гартля включено в следующую работу (§ 55.3 и 5—7) (рис. 435).
4)	Лабораторная работа на закон отражения света описана в § 70, 3.
$ м, 3
407
В
Рис. 424. Опыт со свечой и зеркальным стеклом.
5)	Отражение рассеивающей поверхностью может и должно быть показано с помощью упрощенного прибора, описанного в § 57, 3. Важно для сравнения продемонстрировать отражение от зеркала (жесть), от обыкновенного или, лучше, зеркального стекла и от белой и, наконец, от чёрной бумаги (рис. 449).
3. Обзор опытов по теме: «Отражение от плоского зеркала». 1) Место изображения в плоском зеркале демонстрируют, взяв зеркальное стекло С и две одинаковые свечи, одну А из них—зажжённую (рис. 424). Расположив последнюю перед стеклом, ставят за ним вторую Аа незажжённую в таком месте, чтобы она при наблюдении сквозь стекло казалась горящей. Измерением доказывают, что свечи оказываются расположенными на перпендикуляре к стеклу на равных расстояниях от него. Для большей видимости опыта необходимо за стеклом поместить чёрный экран фона В (рис. 56). Для опыта можно воспользоваться двумя настольными электрическими лампочками, при этом надо зажжённой давать, прибе
гая к помощи реостата, неполный накал для уменьшения её «слепящего» действия на глаза учащихся.
2)	«Криво е», т. е. дающее искажённое изображение, плоское зеркало можно приобрести в качестве брака в магазине ширпотреба или изготовить, нанеся зеркальный слой на специально подобранное стекло. Демонстрация его посредством вывешивания на стене заслуживает особого внимания на вечерах по физике.
3)	Гелиограф показывают сначала при помощи одного, а затем двух зеркал, укреплённых на штативах, пользуясь солнечным светом (Ст. уч., рис. 169 и 170) (см. т. I, рис. 264).
4)	Перископ показывается на модели упрощенного типа.
5)	Калейдоскоп, коленчатая труба, параллельные зеркала — см. Ф. Э., т. VI, § 26, 5, 6 и 9.
6)	Отражение от' рассеивающей поверхности (бумаги) — просто осуществимый опыт, рекомендуемый для вечеров по физике (рис. 425).
т) Осколок от стекла с письменного стола или от зеркала, очищенного от зеркального слоя.
A 08
§ o4, 4—5
Рис. 425. Отражение света, от рассеивающей поверхности.
4. Обзор опытов по теме: «Сферические зеркала». 1) Отражение от прямой, вогнутой и выпуклой поверхности может быть продемонстрировано с помощью плоской полосы из жести, на которой чёрной краской нанесён поперёк ряд равно отстоящих полосок, или, лучше, из зачернённой полоски картона с укреплёнными на ней полосками зеркала (рис. 4 и 426). Отражение дневного света даёт сравнительно слабую видимость. Лучшие результаты получаются при освещении параллельным пучком света от проекционного фонаря (см. Ф. Э., § 27, 1). Ещё лучше воспользоваться для демонстрации шайбой Гартля (§ 55, 3).
2)	Вогнутые и выпуклые зеркала небольшого размера (8— 12 см) имеются в продаже (рис. 427); они предназначены для лабораторных работ, а также для рас-изображений. В качестве
выпуклых зеркал можно использовать сосуд Дьюара и радиолампы старого типа с «посеребрённой» внутри поверхностью.
3)	Получение изображений с помощью зеркал — см. раздел 7.
4)	Прожектор лучше всего демонстрировать посредством автомобильной фары. См. также раздел 6.
5)	Оптический обман — исключительная по эффекту демонстрация, рекомендуемая для вечеров занимательной физики. Однако она требует для своего осуществления длинного помещения, лучше всего затемнённого коридора (см. Ф. Э., t.VI, § 27, 9).
Рис. 426. Полоски зеркал для демонстрации отражения света.
сматривания человеком собственных
5. Опыт I. Определение фокуса сферического зеркала.
Приборы и материалы: 1) Сферическое зеркало. 2) Электрическая лампочка. 3) Картон с прорезом в виде буквы (рис. 428, I). 4) Три лабораторных штатива. 5) Масштабная линейка.
Опыт служит для изучения способа, позволяющего приближённо определить величину радиуса зеркала, а следовательно, п положение главного фокуса. Для опыта нужен лист картона,
§ >4, 6
409
в котором сделан прорез в виде буквы или такой формы, чтобы можно было судить, является ли его изображение обратным или нет (рис. 428, I).
1) Укрепить лампочку, зеркало и «прорез» А на штативах и расположить их так, как показано на рисунке 428. Поместить лампочку, судя на глаз, дальше центра зеркала и расположить её на главной оптической оси.
2) Сдвигая картон А вдоль главной оптической оси зеркала, получить на нём обратное изображение с, по величине равное «прорезу» Ь (рис. 428, I). Измерением найти величину радиуса зеркала и отсюда положение главного фокуса.
6, Опыт II. Получение параллельного пучка света сферическим зеркалом.
Приборы и материалы: 1) Зеркала — Пикте и вогнутое малое (рис. 265 и 427). 2) Электрические лампочки — кинопроекционные (12 V или 120 V, рис. 71) и обыкновенная. 3) Масштабная линейка. 4) Два лабораторных штатива.
Рис. 427. Сферическое зеркало.
Рис. 428. Установка для определения фокуса сферического зеркала.
410
§ 54, 7—8
Опыт имеет своей целью изучение центрирования источника света для получения параллельного пучка лучей света.
1) Определить приближённо центр зеркала и отсюда его фокус (см. раздел 5). На главной оптической оси и притом в фокусе зеркала поместить электрическую кинопроекционную лампочку на 12 V или на 120 V (рис. 429). Пучок света направить на стену, возможно далее расположенную. Смещать источник света вперёд и назад, добиваясь получения на стене равномерно освещённого круга, по своим размерам примерно равного зеркалу.
3) Укрепив на штативе или иным образом вогнутое зеркало А от осветителя проекционного фонаря (рис. 72) и расположив его указанным на рисунке 429 образом, пронаблюдать, как его присутствие отразится на освещённости круга. Найти такое положение для этого зеркала, чтобы освещённость круга получилась наибольшей и равно-
_	мерной.
Рис. 429. Установка для получения г, ч т-г
параллельного пучка света.	Повторить опыт, взяв
вместо кинопроекционной обыкновенную лампочку. Сравнить полученные результаты (пункт 2) и объяснить их.
7. Опыт Ш. Получение изображений сферическими зеркалами.
Приборы и материалы: 1) Сферические зеркала — вогнутое и выпуклое (рис. 427). 2) Электрическая лампочка. 3) Экран (картон или молочное ‘ стекло). 4) Три лабораторных штатива. 5) Масштабная линейка.
По описанию, данному в книге Ф. Э., т. VI, в § 27, 8, проделать опыты для случаев 1—5.
8. Опыт IV. Получение изображений с помощью линз.
Приборы и материалы:!) Набор линз (рис. 437). 2) Линза от конденсора проекционного фонаря (рис. 61). 3) Электрическая лампочка — обычная или угольная. 4) Просвечивающий экран. 5) Три лабораторных штатива. 6). Метровая линейка или рулетка.
Опыт имеет целью получение изображения при помощи линз. Наиболее подходящей является линза с фокусным расстоянием в 15—20 см. Линзы из набора являются недостаточными по своей светосиле, поэтому желательно взять линзу большего диаметра.
§	9
411
Рис. 430. Установка для получения изображений с помощью линз.
1)	Укрепить экран и лампочку (обыкновенную —горизонтально, угольную — вертикально) наштативах, линзу О вставить в подставку или поместить на штативе, предварительно заделав её в оправу (рис. 430).
2)	Получить уменьшенное обратное изображение волоска лампочки, поместив последнюю за двойным фокусом. Обратить особое внимание на резкость изображения. Измерить величины d и /.
3)	Приближать лампочку к линзе и удалять экран, добиваясь, чтобы изображение оказалось равным по величине предмету (волоску). Измерением проверить выполнение условия d = f. Найти величину главного фокусного расстояния F.
4)	Поместив лампочку между двойным фокусом и фокусом, получить на стене обратное увеличенное изображение. Измерить расстояния d и /.
Расположив лампочку в главном фокусе, получить па
раллельный пучок лучей. Выяснить, какой вид имеет световое пятно, получаемое при этом на отдалённой стене.
6)	Повторить опыты, взяв коротко-фокусную линзу —от конденсора проекционного фонаря. Выяснить, как на изображениях сказываются явления хроматической и сферической аберраций.
7)	Выяснить обеспечение видимости опыта, а также решить, насколько помещение должно быть затемнено.
8)	Определить, как влияет на видимость снабжение лампочки глубоким колпаком (рис. 58).
9.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме «Отражение света», определить их целевую установку. Сделать зарисовки установок.
2)	Начертить ход лучей при определении радиуса зеркала с помощью картона с прорезом (рис. 428).
3)	Начертить ход лучей в установке, показанной на рисунке 430.
4)	Как надо проводить демонстрацию прожектора? Годится ли опыт «Получение параллельного пучка»’, описанный в разделе 6, для демонстрации в классе (рис. 429)?
5)	Нужно ли при получении изображения сферическим зеркалом (раздел 7) надевать на лампочку глубокий колпак (рис 58)?
6)	Как будет сказываться в предыдущем опыте (вопрос 6) замена зеркала с меньшим «отверстием» другим — с большим отверстием?
412
§ ob9 1
§ 55. Преломление света.
Методические указания — см. т. I, § 109.
Изготовление приборов —см. т. III, §53.
Рисунки по теме — см. IV, §§ 74—75 и рис. 326—342.
1. Методические замечания. Настоящий раздел программы является наиболее богатым по количеству опытов, которые могут быть продемонстрированы в классе. Поэтому необходим строгий отбор экспериментов с тем, чтобы показать наиболее важные, не перегружая занятий опытами в ущерб изложению.
По методике и технике своего воспроизведения опыты по данной теме могут быть разделены на три основные группы:
Рис. 431. Опыт на преломление света с ложкой или монетой.
1) В опытах с преломлением на границе двух сред, а также в демонстрациях принципа действия линз, призмы и т. п. приходится показывать ход лучей через среду. Для этого пользуются пучками параллел ьных лучей, прибегая чаще всего к шайбе Гартля (рис. 435). Поэтому получение пучка параллельных лучей имеет важное значение в настоящей работе и потому изучается в первую голову. К данной работе присоединены также демонстрации принципа отражения от зеркала, требующие применения параллельных пучков.
а) Получение изображений с помощью линз, близкое по своей методике и технике к получению изображений посредством сферических зеркал, сводится к нахождению взаимного расположения предмета, линзы и экрана. Описание этих опытов отнесено к предыдущей работе (§ 54, 8), а также рассмотрено в лабораторных занятиях (§ 71, 4).
3) Достаточно полные демонстрации лупы, фотографического аппарата, проекционного фонаря, кино и других оптических приборов не может уложиться в рамки классных занятий, тем более, что большинство этих приборов требует индивидуального наблюдения. Поэтому крайне желательно провести более полное ознакомление с применением оптических приборов в процессе внеклассных занятий.
5 55, 2
413
По данной теме открывается неограниченный простор для преподавателя в кружковой работе и для устройства вечеров занимательной физики. В частности, значительное количество экспе-
Рис. 432. Прибор для демонстрации преломления на поверхности воды.
риментов может быть показано по вопросу об устройстве и свойствах человеческого глаза (см. Ф. Э., т. VI, §§ 37—40).	_
2. Обзор опытов по теме: «Преломление». 1) Кажущиеся излом предмета и поднятие его в воде (рис. 431) требуют наблюдения сверху и поэтому не демонстративны. Эти опыты следует
рекомендовать учащимся проделать дома своими силами.
2) Преломление на границе двух сред может быть продемонстрировано различными способами. Из них наибольшего внимания заслуживает приём, показанный на рисунке 432. Узкий пучок лучей света
после отражения от зерка- _ /оо ~	Л
. r	1 Рис. 433. Опыт на преломление света с
ла А падает на поверх- • четырёхугольным сосудом, ность воды, преломляется, вновь отражается от зеркала В, помещённого на дне аквариума. Для обеспечения видимости луча применяют задымление воздуха (рис. 60) и подкрашивание воды флюоресцином (см. т. III, § 24).
414
§ 55, 2
Более сложным для понимания является опыт, изображённый на рисунке 433. Одну стенку С прямоугольного сосуда или пузырька соответственной формы закрывают чёрной бумагой или картоном с прорезом в виде узкой щели. При освещении сзади лучами света, перпендикулярными к стенке, след их заметен в виде одной (совпадающей) полоски. При наклонном падении лучей наблюдается смещение их следов и расположение их в виде двух полосок BD и DE.
Для демонстрации опыта с преломлением Главучтехпромом выпускался прибор, состоящий из прямоугольной банки, деревянного щита, окрашенного белой краской, и зеркальца А, укреп*
Рис. 434: Приборы для демонстрации преломления на поверхности воды.
ленного на подвижном рычаге В (рис. 434, II). Демонстрация проводится так же, как и описанная выше, с той разницей, что пучок лучей света в воздухе обнаруживается по следу на щите С,
На рисунке 434, I показан прибор, состоящий из полукруглой ванны, в стенке которой проделана щель А. Луч.Р, преломившись в воде, оказывается смещённым по отношению к лучу С, идущему в воздухе.
2)	Лабораторные работы по преломлению — см. § 70, 4.
3)	Шайба Гартля — весьма полезный для школы прибор, позволяющий продемонстрировать много опытов по вопросам отражения и преломления света.
Шайба состоит из металлического круга, закреплённого на подставке так, что он может поворачиваться вокруг своего центра (рис. 435). По краю круга нанесены деления в градусах. С одной стороны имеется полуцилиндрическая ширма Ас несколь-

415
кими (5—7)щелями С, закрываемыми задвижками F (рис. 435, II). Ширма может быть повёрнута вокруг той же оси, что и круг. Для её закрепления в том или ином положении сделан винт. К Шайбе приложен набор различных зеркал—плоское (1), вогнутое (2), выпуклое (3), и стёкол—призма равнобокая (9), плоско-параллельная пластинка со скошенными краями под углами в 45° и 60° (5),
Рис. 435. Шайба Г а р т л rf.
круг (10), полукруг (4) и цилиндрические линзы: две выпуклые (6 и 8) и одна вогнутая (7) (рис. 436). Этот набор зеркал и стёкол оказывается весьма ценным не только для демонстрационных опытов, но и для лабораторных работ (§ 70, 2). Для закрепления зеркал и стёкол к шайбе приложено несколько ввинчивающихся держателей В (рис. 435, I). На диске шайбы сделан ряд рисунков — контуров, упрощающих подыскивание отверстий для держателей. Шайба требует для опытов с ней сравнительно сильного источника параллельных -лучей света. Демонстрации с шайбой описаны дальше.
4)	Получение изображений посредством линз — см. § 54, 8.
Главучтехпром выпускает для опытов набор оптических стёкол, состоящий из двояко-выпуклой, плоско-выпуклой, вогну
416
§ ;>>, 3—4
то-выпуклой, двояко-вогнутой, плоско-вогнутой и выпукло-вогнутой линз (рис. 437). К набору прилагается подставка.
3.	Обзор демонстраций по теме: «Оптические приборы».
1)	Проекционный фонарь — см. § 13, 1—5.
2)	Кинопроекционный фонарь УП-2 и др. — см. т. III, § 22.
3)	Фотографический аппарат типа «Фотокор» нужно иметь для объяснения его устройства. Диапозитив и не-гатив лучше всего демонстрировать, проектируя их на экран.
4)	Микроскоп школьного типа в классе показывается с внешней стороны; для рассматривания объектов им пользуют
Рис. 436. Набор стекол (цилиндрических линз) и зеркал к шайбе Г а р т л я.
Рис. 437. Набор линз.
ся в кружковой работе. В последнем случае полезно показать броуновское движение. В классе желательно продемонстрировать ряд диапозитивов — микросъёмок некоторых объектов (кровь, клетка, мелкое насекомое и т. п.). Описание микроскопа и пользование им — см. ф. Э., т. VI, § 42, 1—6 и брошюру Главучтехпрома: А. В. П а в ш а , «Школьный микроскоп».
5)	Бинокль. Описание устройства и пользование — см. Ф. Э., т. VI, § 44, 1 и 2.
4.	Опыт I. Получение параллельного пучка света.
Приборы и материалы: 1) Школьный проекционный фонарь (рис. 61). 2) Осветитель к нему с обыкновенной лампой (рис. 72). 3) Малый проекционный фонарь (рис. 65). 4) Оптическая проекционная скамья (рис. 62). 5) Кинопроекционные лампы на 12 V и на ПО V (рис. 71). 6) Дымарь (рис. 60). 7) Набор линз (рис. 437). 8) Линза от проекционного фонаря.
Опыты имеют служебное значение, преследуя цель овладения техникой получения параллельных и слаборасходящихся пучков света.
£ 55, 4
417
На рисунке 438 показаны три принципиальные схемы получения таких пучков. Первая схема, наиболее простая, применима при источниках света, приближающихся к точечному (кинопроекционные лампы) (см. § 13, 9—11 и рис. 71). Объектив фонаря в этом случае не нужен; одну из линз конденсора лучше удалить, оставив другую А;
тогда источник света можно легко поместить в фокусе. Достоинство способа, помимо его простоты, заключается в том, что пучок лучей света получается достаточно широким и, в частности, применим для освещения шайбы Гартля (разделы 6—8).
Второй и третий способы дают надёжный результат при источнике света, далёком от точечного. Так как линзы
Рис. 438. Схемы установок для получения параллельного пучка света.
из набора — двояко-во-
гнутая С и двояко-выпуклая В (рис. 438) —имеют небольшой
диаметр, то пучок получается узким.
1)	Взять оптическую проекционную скамью (рис. 62), вынуть одну линзу из конденсора и, двигая источник света вперёд или назад, осуществить схему, показанную на рисунке 438, I. Провести задымление дымарём (рис. 60) и убедиться, что лучи являются параллельными.
2)	Сделать то же со школьным проекционным фонарём (рис. 61), взяв сначала обыкновенную лампу и затем заменив её рампой от эпидиаскопа (рис. 71, III). Сравнить полученные резуль
таты.
3)	Взять малый проекционный фонарь (рис. 65) и отодвинуть в нём объектив и источник света как можно дальше от конденсора. Задымляя, выяснить, какой пучок лучей получается при
этом.
4)	Удалить у школьного проекционного фонаря объектив и взять в качестве источника обыкновенную электрическую лампу. Получив, как обычно, сходящийся пучок, превратить его в параллельный, подобрав из н&бора линз (рис. 437) двояко-выпуклую В (рис. 438, II) и затем двояко-вогнутую линзу С (рис. 438, III). Наконец, воспользоваться линзой от конденсора, согласно схеме рисунка 438, I. Сравнить полученные пучки света, задымляя их.
27 Е. Н. Горячкин
418
§ 55, 5—6
5.	Опыт II. Проектирование на экран вольтовой дуги.
Приборы и материалы:!) Школьный проекционный фонарь (рис. 61) или проекционная оптическая скамья (рис. 62). 2) Вольтова дуга (рис. 341). 3) Трансформатор 120/60 V (рис. 31). 4) Реостат на 3—4 ома (рис. 307). 5) Тигельные щипцы 6) Кусочки кирпича, киноплёнки, чёрной бумаги, асбеста. 7) Соли—поваренная, азотнокислые стронций и барий.
Демонстрация имеет своей целью показать на экране раскалённые концы углей и пламя вольтовой дуги, а также обнаружить её высокую температуру. Этот опыт ставится при прохождении вопроса о тепловых действиях тока; он приводится здесь, поскольку выполняется ряд работ с фонарём. Попутно проводится опыт с зажиганием киноплёнки в фокусе сходящихся лучей, иллюстрирующий явление поглощения лучей (§37), и опыт с окрашиванием пламени посредством введения в него солей металлов, объясняющий получение цветного пламени.
1)	Вольтову дугу включить в цепь переменного тока через реостат, согласно рисунку 341.
2)	Взять проекционный фонарь, лучше школьного типа, и удалить у него объектив. Лампу с вольтовой дугой расположить так, чтобы её пламя находилось на главной оптической оси конденсора.
3)	Получить конус сходящихся лучей от конденсора и ввести в его вершину кусочек киноплёнки или чёрной бумаги, держа их посредством щипцов. Показать воспламенение их.
4)	Отодвинуть вольтову дугу от конденсора на столько, чтобы на экране, расположенном на стене на расстоянии 2—3 м, получились изображения: отчётливое — концов раскалённых углей и слабое —пламени.
5)	Посредством тигельных или других щипцов ввести в пламя дуги небольшой плоский кусочек красного кирпича. Наблюдать на экране его плавление и обращение в стекловидную массу.
6)	Повторить то же, вводя в пламя конец гвоздя и куски медной проволоки.
7)	Вводить в пламя кусочки асбеста, посыпанные поваренной солью, азотнокислыми стронцием и барием, и показать, что пламя принимает характерную для спектра металлов окраску — жёлтую, красную и зелёную.
6.	Опыт III. Ход лучей при отражении света от зеркал.
Приборы и материалы:!) Проекционный фонарь. 2) Шайба Гартля (рис. 435). 3) Зеркала к ней — плоское, вогнутое и выпуклое» 4) Полоски цветного пелофана.
Опыты служат для демонстрации хода лучей —падающих и отражённых от плоского, вогнутого и выпуклого зеркал. Для получения параллельного пучка лучей необходимо взять один
§ 55, 6
419
из проекционных фонарей и установить в нём источник света, как указано в предыдущем опыте.
1)	По описанию (раздел 2) и по натуре ознакомиться с устройством шайбы Гартля.
2)	Получить параллельный пучок лучей света с помощью проекционного фонаря. Установить шайбу так, чтобы средняя щель в ширме пропускала луч, проходящий через центр шайбы (рис. 439). Шайбу повернуть так, чтобы на её диске получился ясный след луча.
3)	Установить на шайбе плоское зеркало и продемонстрировать три случая отражения лучей — перпендикулярного к зеркалу (рис. 439, I), одного наклонного (II) и одновременно трёх
Рис. 439. Демонстрации отражения света от плоского зеркала при помощи шайбы Гартля.
наклонных (III). В двух последних случаях показать, что угол падения равен углу отражения. Для отличия лучей друг от друга надо два из трёх лучей сделать цветными, вставив в щели С шайбы полоски цветного целофана (рис. 435, II).
Слегка повёртывая диск шайбы, продемонстрировать изменение углов отражения в' зависимости от углов падения.
4)	Заменить плоское зеркало вогнутым и, в качестве подготовки к опытам, определить его главный фокус и отсюда геометрический центр. Для этого взять луч, параллельный главной оптической оси. Положение центра зеркала С отметить на диске шайбы, наклеивая, например, кружочек из чёрной бумаги с тем, чтобы после опытов его можно было удалить (рис. 440, I).
5)	Продемонстрировать два случая хода луча, нормального к поверхности зеркала: а) одного — идущего по главной оптической оси (рис. 440, I) и б) другого—проходящего через геометрический центр С зеркала (рис. 440, II) и отражающегося по тому же направлению.
27*
(S) Центр
Рис. 440. Демонстрации отражения света от вогнутого и выпуклого зеркал при помощи шайбы Г а р т л я.
§ 55, 7—8
421
6)	Показать ход сначала одного (рис. 440, III), а затем сразу трёх лучей, параллельных главной оптической оси и пересекающихся после отражения в главном фокусе (рис. 440, IV). В последнем случае два луча сделать цветными, вставив в щели цветной целофан.
7)	Взять луч, проходящий через главный фокус, и продемонстрировать, что отражённый луч является параллельным главной оптической оси (рис. 440, V).
8)	Повторить подобные же демонстрации (пункты 4—7) для выпуклого зеркала (рис. 440, VI).
9)	Во всех случаях добиваться, чтобы пути лучей намечались на шайбе достаточно яркими и равномерными по освещённости полосками.
7.	Опыт IV. Ход лучей в оптических стёклах.
Приборы и материалы:!) Проекционный фонарь. 2) Шайба Гартля (рис. 435). 3) Стёкла к ней — пластинка с плоско-параллельными краями, призма, линзы — плоско-выпуклая, двояко-выпуклая и двояковогнутая. 4) Полоски цветного целофана.
Пользуясь методом, описанным в разделе 6, продемонстрировать следующие случаи (рис. 441 и 442):
1)	Преломление на границе воздух-стекло (рис. 441,1).
2)	Преломление на границе стекло-воздух (рис. 441, II).
3)	Ход лучей через плоско-параллельную пластинку (рис. 441, III).
4)	Ход лучей в п р и з м е (рис. 441, IV).
5)	Полное внутреннее отражение (рис. 441 ,V).
6)	Типичные ходы одного луча в двояко-выпуклой линзе (рис. 442, I и II).
7)	Ход трёх лучей в двоя к о - в ы п у к л о й линзе (рис. 442, III и IV).
8)	Типичные ходы лучей в двояко-вогнутой линзе (рис. 442, V и VI).
При демонстрации обратить особое внимание, чтобы следы лучей являлись равномерно освещёнными.
8.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации для 7 класса и определить их целевую установку. Сделать зарисовки опытов.
2)	Сделать чертежи хода лучей для всех случаев отражения и преломления света (рис. 439—442).
3)	Как отражается на параллельном пучке лучей присутствие и отсутствие рефлектора у лампы (рис. 438)?
4)	Какие ограничения возникают при проектировании вольтовой дуги от демонстрационной проекционной скамьи (рис. 62)?
5)	Какие случаи отражения от зеркал и преломления в линзах необходимо показать в классе?
422
$ 56, 1
Рис. 441. Демонстрации преломления света при помощи шайбы Гартля.
§ 56. Дисперсия света. Цвета тел.
Методические указания — см. т. I, § 110. Изготовление приборов — см. т. Ill, §54. Рисунки к теме — см. т. IV, § 76 и рис. 343.
1. Методические замечания. Количество демонстраций, которые могут быть проведены по теме: «Дисперсия света», весьма
Рис. 442. Демонстрации преломления света в линзах при помощи шайбы Гартля.
424
§ 5в, 2
значительно; однако, многие из них (спектры паров и газов, спектры поглощения, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи) требуют мощного источника света —вольтовой дуги (10—15 А). Поэтому, если в школе нет возможности пользоваться вольтовой дугой, то демонстрационный эксперимент приходится ограничивать показом получения спектра и некоторыми опытами по вопросу о цветах тел. Между тем вопросы спектрального анализа имеют огромное значение при изучении строения вселенной, а следовательно, важны для внедрения правильного мировоззрения. В некоторой мере выходом из создавшегося положения является приобретение нескольких карманных спектроскопов (рис. 446), посредством которых учащиеся ведут в классе наблюдения поочерёдно илина внеклассных занятиях, например, в кружке.
Сероуглерод
Флинтгласе
Рис. 443. Относительные длины спектров, получаемых при помощи призм из различных веществ.
2. Обзор опытов по теме: «Разложение белого света на цвета».
1) П р и з м а. Разложение белого света на цвета может быть получено с какими угодно призмами, в том числе и с теми, которые были рекомендованы для лабораторной работы (§ 70). Однако величина дисперсии (светорассеивания), а следовательно, и длина получаемого спектра зависят от преломляющего вещества (вода, сероуглерод, кварц, плексигласе и т. п.) и от сорта стекла. Из рисунка 443 видно, что наибольшим светорассеиванием обладает сероуглерод. Второе место по длине даваемого спектра занимает стекло — флинтгласе, третье — кронгласе, и наиболее короткий спектр даёт вода. Применение призматического сосуда, наполненного сероуглеродом, ни в коем случае не может быть допущено в семилетней школе, так\ как сероуглерод легко воспламеняется и даёт ядовитые пары отвратительного запаха. Следовательно, преподаватель, стремясь получить наиболее длинный спектр, должен приобрести призму из флинтгласе а. Ещё большую длину спектра даёт призма прямого зрения, со
§ 56, 2
425
ставленная обычно из пяти призм — двух из флинтгласса и трёх из кронгласса (рис. 444). Эта призма особенно удобна для демонстрации спектра, так как лучи, проходящие через неё, идут по прямому направлению. Однако объяснить это явление учащимся, видевшим на опыте преломление луча в призме (раздел 4 и рис. 450), в доступной для них форме нельзя. Поэтому при первом опыте, когда разбирается процесс получения спектра, следу-
ет применять обыкновенную призму, а при последующих — призму прямого зрения.
2) Спектры — сплошные, а) Получение спектра от солнечного света надо поручить учащимся сделать дома, выполнив для этого установку, показанную на рисунке 445, I. Для опыта в листе картона, помещённом на пути солнечного луча, прорезается узкая (2—3 мм), щель А, при- этом роль призмы с успехом может выполнить
Флинтгласе
Крон	Крон
Рис. 444. Ход лучей в призме прямого зрения.
стеклянный сосуд С
прямоугольной формы с водой. Вариант опыта с зеркалом В показан на рисунке 445, III.
б) Получение спектра посредством проекционного фонаря — см. опыт I.
3) Спектры линейчатые проще всего наблюдать с помощью спектроскопа (см. Ф. Э., т. VI, § 54, 4). Настоятельно рекомендуется приобрести несколько спектроскопов прямого зрения (рис. 446) и, предложив учащимся передавать их друг другу, дать возможность пронаблюдать спектр хотя бы одной неоновой лампы (рис. 333). Весьма желательно также показать спектр водорода, взяв трубку Пл'юккера (рис. 404) (см. Ф. Э., т. IV, § 23, 2 и 28, 5). Демонстрация линейчатого спектра на экране требует применения углей с фитилями, начинёнными солями металлов. Вольтова дуга в проекционной оптической скамье для этой цели непригодна. Некоторое усиление отдельных частей спектра получается способом, описанным в разделе 4.
х) В карманном спектроскопе применены три призмы (рис. 446).
426
$ 56, 2
Рис. 445. Простейшие способы получения спектра от Солнца.
4) Спектроскопы. а) В семилетней школе нет особой надобности в двухтрубном школьном спектроскопе; однако, приобретение его желательно для углублённых занятий в кружке с учащимися, особо интересующимися вопросами физики. Об устройстве и применении спектроскопа—см. Ф. Э., т. VI, § 54, 1—2 и § 55.
б) Карманный спектроскоп прямого зрения и его устройство показаны на рисунке 446. Луч света, войдя в щель 5, преломляется в трёх призмах Р (крон и флинт) и, разделившись на составные цвета, поступает в окошечко окуляра D.
Рис. 446. Школьный спектроскоп прямого зрения и его устройство.
§ 56, 3
427
Ширину щели регулируют поворотами кольца наводка «на фокус» для получения чёткой картины спектра производится перемещением окулярной трубки F взад и вперёд. О применении
спектроскопа — см. раздел 6.
6) Инфракрасные и ул ьтрафиоле то вые лучи требуют для своего обнаружения; первые —термостолбика и зеркального гальванометра (рис. 447, I) (см. Ф. Э., т. VI, § 61, 7), вторые — рентгеновского экрана с платино-синеродистым барием, уранового стекла (см. Ф. Э., т. VI, § 65) или пробирки с раствором флюоресцина и набора флюоресцирующих веществ (см. раздел 4) (рис. 447, II и III).
Для обнаружения нагревания в инфракрасной части спек-
тра возможно применение термо- Рис. 447, I. Термостолбик и его метра с делениями до десятых	устройство.
долей градуса или термоскопа
(рис. 269), но опыты эти в условиях класса мало показательны.
3. Обзор опытов по теме: «Сложение цветов. Цвета тел».
1) Сложение цветов, а) Кружок Ньютона с секторами, окрашенными в цвета спектра, создаёт при вращении его на центробежной машине тон серого (грязного) цвета
Рис. 447, II и III. Набор флюоресцирующих веществ. На крышке коробки герб СССР покрыт флюоресцирующими веществами.
428
$ 56, 3
(рис. 448). Чем ближе окраска приближается к спектральным, тем чище получаемый тон.
б) Сложение цветов, получаемых в спектре, в белый —см. раздел 4.
в) Цветные тени (см. Ф. Э., т. VI, § 63, 7). Весьма эффектный и несложный по технике опыт рекомендуется для воспроизведения на вечерах занимательной физики.
2) Светофильтры, обычно из цветного целофа-на, имеются в продаже. Однако, качества их совершен-
Рис. 448. Кружок Ньютона. но неудовлетворительны. Наилучшими являются продающиеся в фотомагазинах стёкла —красное, зелёное и жёлтое. О применении светофильтров — см. раздел 5.
3) Отражение света от цветной поверхности можно продемонстрировать на упрощенном приборе, состоящем
о
Рис. 449. Прибор для изучения отражения света различными по цвету поверхностями.
из коробки с перегородкой А внутри и из электрической лампочки, бросающей свет на цветную поверхность В (рис. 449). Отражённый свет от этой поверхности падает на прозрачный экран С из матово-го стекла или восковой бумаги. Цветную поверх
£ 56, 4
429
ность В делают заменяемой, прикладывая к отверстию D в стенке коробки картон или фанеру, оклеенные цветной бумагой.
Для демонстрации отражения света различными поверхностями (§ 64, 2) важно иметь вставки —зеркальную (зеркало или жесть), а также белого и чёрного цветов.
4.	Опыт I. Получение спектра.
Приборы и материалы: 1) Проекционные аппараты — школьный (рис. 61) и с оптической скамьёй (рис. 62). 2) Рамка для диапозитива (рис. 66). 3) Самодельная щель. 4) Экран со щелью от скамьи. 5) Столики — подъёмный (рис. 53) и от скамьи (рис. 63). 6) Призмы из кронгласса и флинт-гласса. 7) Кристаллизатор с водой.
Опыты служат для изучения способа получения спектра, а также влияния на его вид ширины щели и сорта стекла у призмы.
1)	Взять школьный фонарь сначала с обыкновенной, а затем с более сильной проекционной лампой (рис. 71) и согласно указаниям, данным в § 13, 13, центрировать свет.
2)	В рамку для диапозитива вставить кусочек картона или стекла, оклеенного станиолем, с прорезом в виде узкой щели (1 —2 мм) или поставить диафрагму А со щелью (рис. 450, I). Получить на стене посредством объектива или линзы В резкое изображение С щели.
3)	Перед объективом поставить одну из призм D (см. раздел 3) и получить'на боковой стене комнаты спектр (рис. 450, II).
4)	Сравнить между собой спектры, получаемые в случаях применения обыкновенной и проекционной лампочек. Выяснить, как отразится на виде спектра повёртывание призмы вокруг вертикальной оси.
5)	Оставив в фонаре проекционную лампочку, сравнить между собой спектры, получаемые с кронглассом и с флинтглассом, сменяя призмы.
6)	Подобрать такое расстояние фонаря от экрана, при котором получается достаточно крупный и ясно видимый спектр.
7)	Осуществить подобную же установку для получения спектра с проекционной демонстрационной скамьёй, взяв лучшую из призм (рис. 62). На опыте изучить, как сказывается на виде спектра изменение ширины щели. Найти оптимальные условия.
8)	Поставить за призмой Р кристаллизатор Q, наполненный водой (рис. 451). Получить смешение цветов.
5.	Опыт II. Светофильтры. Цвета тел в монохроматическом свете.
Приборы иматериалы: 1) Установка для получения спектра (см. опыт I). 2) Светофильтры. 3) Полоски цветной бумаги или цветные ленты. 4) Рамка для диапозитивов (рис. 66). 5) Набор флюоресцирующих веществ.
Опыт служит для демонстрации действия светофильтров (см. пункт 2 раздела 3), а также для показа, как изменяется цвет
§ 5G, 5
Рис. 450, I и II. Установка для получения спектра со школьным фонарём.
бумаги или лент при освещении их различным монохроматическим светом. В заключение показывается флюоресценция жидкостей в различных частях спектра.
1)	Получить посредством проекционной оптической скамьи спектр на стенном экране.
2)	Установив на скамье рамку для диапозитивов, вставлять в неё различные светофильтры и изучать виды получаемых спектров.
3)	Получив на экране спектр, помещать в его различных частях цветные полоски бумаги или ленты и обнаружить, как изме
§ 56, 6—7
431
няется их цвет при освещении различным монохроматическим светом.
4)	Взять набор флюоресцирующих веществ (рис. 447, II и III) и проследить, в каких частях спектра возникает флюоресценция.
6.	Опыт III. Наблюдение спектров.
Приборы и материалы:!) Карманный спектроскоп (рис. 446). 2) Неоновая лампа- (рис. 333). 3) Спиртовка. 4) Кусочки асбеста на проволоках. 5) Раствор солей — поваренной и азотнокислых стронция и бария.
Рис. 451. Смешение цветов посредством кристаллизатора.
1)	Через окно направить спектроскоп на небо. Подобрать, вращая кольцо Е, ширину щели и, двигая окулярную часть F, получить чёткое и ясное изображение спектра.
2)	Сравнить, как изменяется вид спектра, если направлять спектроскоп на голубое небо, облака, крыши и степы близ расположенных строений и т. п.
3)	Зажечь неоновую лампу (рис. 333) и наблюдать спектр.
4)	Взяв спиртовку и растворы солей, согласно описанию, данному в Ф. Э. т. VI, §55, 3, случай второй, рассмотреть спектры натрия, бария и стронция.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации по теме для 7 класса и определить их целевые установки. Сделать зарисовки установок.
2)	Какой вид будет иметь спектр при введении солей металлов в пламя вольтовой дуги (рис. 450)?
3)	В чём разница в спектрах Солнца и лампочки проекционного фонаря?
4)	Одинаково ли светорассеивание для различных цветов производят призмы из крон- и флинтгласса?
5)	Каким образом отразится на спектре применение щели с неровными краями?
6)	В чём разница между плохим и хорошим светофильтром?
7)	Какую бумагу — матовую или глянцовую —лучше применять для её исследования в спектре?
432
$ 57, 1
8)	Почему для смешения цветов рекомендовано воспользоваться кристаллизатором, а не выпуклой линзой? Какой линзе соответствует кристаллизатор?
§ 57. Акустика.
Методические указания —см. т. I, § 111.
Изготовление приборов — см. т. III, §55.
Рисунки по теме: —см. т. IV, § 77 и рис. 344—350.
1. Обзор опытов по теме: «Колебательное движение и акустика». Опыты по акустике весьма просты для своего осуществления,
@ 6 * I
<э 3
Рис. 452. Подвешивание
маятников для демонстрации механического резонанса.
если не считать получения волн на поверхности жидкости и их отражения, что требует сравнительно кропотливого налаживания.
1) Понятие о колебательном движении устанавливают, показывая колебание маятника. Этот маят
6 2
ник легко создать из шарика, подвесив его на нитке. На маятниках же демонстрируют явление механического резонанса (рис. 452).
2) Волны можно показать на поверхности воды (рис. 453). Для этого нужно создать самодельную ванну из хорошего плоского стекла Л, подобрав такое, которое не даёт сильных теней при просвечивании его от точечного источника света (рис. 71) (§ 24, 4). Ворты у ванны можно сделать из деревянных брусков В со скошенными краями. Бруски устанав-
ливают на масляной замазке; замазкой же заполняются щели в углах.
Хорош прибор с проволочной пружи-
ной, подвешенной на нитях, так как на нём можно показать продольные волны (рис. 454). Изготовить его надо своими силами и
подвесить лучше всего раз навсегда под потолком класса. Колебания возбуждают в пружине посредством удара по концу деревянной лопаточкой.
3) Колебания полоски демонстрируют, зажав её в тиски, чтобы показать, что при известной частоте она становится источником звука (рис. 458).
4) Зависимость высоты тона от числа колебаний об-
наруживают с помощью колёс Савара (рис. 459).
5) Резонанс. Камертон на резонансном ящике сам по себе является объектом демонстрации (рис. 460). С двумя такими камертонами показывают явление резонанса. Кроме того, демонстрируется резонанс воздушного столба (рис. 461).
§ 57, 2
433
6) Колебания ветве обнаружены с помощью теневого та, показанного на рисунке 455.
й камертона могут быть проектирования (§ 24) или опы-
Рис. 453. Ванна для проектирования волн на поверхности жидкости (I) и её устройство (II).
1
7) Ухо. Для изучения слухового аппарата человека надо воспользоваться моделью уха.
8) Телефон (см. § 48, 3 и 7) и патефон (рис. 456). При рассказе об устройстве патефона полезен такой опыт. В угол куска
Рис. 454. Прибор для демонстрации распространения продольных колебаний (волн).
любой формы фанеры или картона укрепляют иголку от патефона. Касаясь иголкой вращающейся пластинки, получают воспроизведение записанного на ней звука.
2. Опыт I. Колебательное движение и механический резонанс.
П р и б о р ы и м а т е р и а л ы: 1) Три маятника. 2) Бечёвка. 3) Рама по механике (рис. 51). 4) Часы с секундной стрелкой. 5) Масштабная линейка. 6) Экран фона (рис. 56).
28 Е. H. Горячкин
434
§ 57, 3
колеба-колеба-
колеба-
1)	Подвесить к ушкам, ввёрнутым в верхний брусок рамы, три маятника; два из них — одинаковой длины (рис. 452).
2)	Привести один из длинных и короткий маятники в тельное движение и определить частоты и периоды их ния.
3)	Измерить длины маятников, вычислить их периоды результаты вычисления и опыта.
4)	Привести один из длин- ’ ных маятников в колебательное движение и наблюдать возникновение резонанса.
ния и сравнить между собой
Опыт с патефоном.
Рис. 455. Обнаружение колебаний ветвей камертона.
Рис. 456.
5)	Подвесить эти же маятники не к бруску рамы, а к бечёвке, натянутой параллельно ему, и получить резонанс. Сравнить результат с предыдущим опытом.
6)	Применив экран фона, обеспечить видимость. Выяснить, как надо ставить раму —параллельно или перпендикулярно к рядам учащихся.
3.	Опыт II. Волны на поверхности жидкости.
Приборы и материалы: 1) Ванна для получения волн (рис. 453). 2) Точечная лампа (рис. 71). 3) Табуретка без крышки. 4) Пипетка. 5) Кусок тёмной материи.
§ 57, 4—5
435
Рис. 457. Отражение волн.
кусочков пробки или дерева, чтобы
1)	Воспользовавшись табуреткой, точечной лампой и куском тёмной материи, создать прибор для теневого проектирования на потолок, согласно указаниям, данным в § 24, 4.
2)	Поместить на табуретке на место её крышки ванну^иналитьвнеё воды.
3)	Капая водой из пипетки в центр ванны, получить волны на поверхности. Перемещая лампочку, добиться наиболее чёткой картины при проекции (§ 24, 4).
4)	Повторить опыт, пустив на воду несколько
показать, что волны не вызывают их поступательного движения.
5)	Положить в воду на дно ванны брусок и получить картину отражения волн (рис. 457).
4.	Опыт III. Получение звука от колеблющейся пластинки.
Приборы и материалы:!) Настольные тиски. 2) Полотно от ножовки. 3) Тонкая упругая полоска.
1)	В настольные тиски зажать полотнб от ножовки одним концом и, оттянув в сторону её свободный конец, получить колебание (рис. 458).
2)	Уменьшать длину свободной части ножовки и наблюдать увеличение частоты колебаний, вплоть до возникновения звука.
3)	Тонкую упругую полоску, например, кусок пружины, зажать в тиски и, изменяя её длину, показать получение низких и высоких тонов.
5.	Опыт IV. Колёса Савара.
Приборы и материалы:!) Колёса Савара. 2) Центробежная машина. 3) Кусочек тонкого плотного картона.
1)	Закрепить колёса Савара на валу центробежной машины и привести её во вращение (рис. 459).
2)	Кусочком плотной бумаги или тонкого картона коснуться зубцов одного из колёс и добиться получения ровного тона. Увеличивать и уменьшать скорости вращения, показывая изменение высоты тона.
3)	Сохраняя скорость вращения неизменной, получить тоны разной высоты на различных колёсах.
Указание даётся по отношению к ванне, состоящей из одного стекла с бортами, но «без куба».
28*
436
$ 'Я. 5
Рис. 458. Получение колебаний посредством полотна от ножовки.
НЕПРАВИЛЬНО
ПРАВИЛЬНО
Рис. 460. Правильный (II) и неправильный (I) приёмы возбуждения колебаний у камертона.
6.	Опыт V. Звуковой резонанс.
Приборы и материалы: 1) Два камертона, настроенные в унисон (на резонансных ящиках). 2) Деревянный молоточек. 3) Мензурка или цилиндр для собирания газов. 4) Стакан с водой.
1)	Овладеть навыком возбуждения колебаний камертона, держа его за ножку, но ни в коем случае не за ящик1), и нанося отрывп-
Если держать за ящик, то при ударах возможна поломка крепления камертона в дереве.
§ 57, 7
437
Рис. 461. Демонстрация резонанса воздушного столба.
стый, но сравнительно сильный удар по концу ветви камертона маленьким деревянным (но не железным) молоточком или большой резиновой пробкой, надетой на палочку (рис. 460).
2)	Возбудив один камертон, поставить его на стол рядом с другим — невозбуждённым. Заглушить колебания первого камертона, положив руку на его ветви, и наблюдать, как звучит второй. Повторять опыт до получения чёткого явления резонанса, меняя при этом расстояние между камертонами. Добиться, чтобы резонанс обнаруживался на наибольшем из возможных расстояний.
3)	Отвернуть камертон от ящика, возбудить колебания и прижать его ножкой к крышке ящика. Наблюдать изменение громкости звука.
4)	Постепенно наливать воду из
стакана в высокую мензурку или цилиндр для собирания газов, держа звучащий камертон указанным на рисунке 461 образом, и получить резонанс в воздушном столбе.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Наметить демонстрации для 7 класса, определить их целевую установку и сделать зарисовки.
2)	Как нужно измерять длину маятника для вычисления его периода?
3)	Будет ли наблюдаться резонанс при отношении длин маятников 1:2?
4)	Объяснить причину образования тёмных и светлых полос от волн на воде при их теневом проектировании (рис. 457).
5)	Объяснить, можно ли изменить длину волн на поверхности жидкости и их скорость (рис. 457).
6)	Имеет ли значение диаметр мензурки в опыте с получением резонанса (рис. 461)?
7)	Существует ли при резонансе определённое соотношение между длинами ветвей камертона и воздушного столба в мензурке (рис. 461)?
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
Глава одиннадцатая.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ.
§ 58. Об использовании результатов лабораторных работ.
В томе I «Общие вопросы методики физики» (§ 26, 1 —2 и §27, 1 —6) были подробно рассмотрены вопросы о значении, виде и методике лабораторных работ и там же в методических указаниях (см. т I, §§ 52—111) приведены конкретные данные о содержании работ по отдельным темам программы. В § 16, 1 приведён список приборов для лабораторных работ.
В методических замечаниях мы ограничимся только вопросом об использовании результатов лабораторных работ измерительного характера, что особенно важно учитывать, приступая к изучению техники и методики проведения их. В работах количественного характера учащиеся практически знакомятся с методами и приёмами простейших измерений некоторых физических величин с целью научиться производить такие измерения.
Ряд работ на этом заканчивается, и полученные результаты измерений не подвергаются ни последующей обработке математического характера, ни изучению или сопоставлению с целью построения тех или иных выводов. В таких случаях полученные результаты сами по себе не используются учащимися для приобретения новых знаний и, следовательно, проведение таких лабораторных работ может быть оправдано изучением самих приёмов измерения данных величин. К числу таких работ относятся, например, измерения длин, объёмов, веса, силы, электрического напряжения, силы тока, сопротивления. Действительно, какие же новые знания может получить учащийся, если он нашёл, что вес какого-то случайного тела равен 127,3 Г, что сила тяги равна 82 Г, что сопротивление взятого провода составляет 5,6 ома и т. п.?
Однако, преподаватель может и должен организовать работу так, чтобы и такие результаты можно было использовать тотчас же или на последующих уроках, как материал для тех или иных заключений. Так, например, измерение кривых линий полезно ставить, как задачу о нахождении отношения между длиной
$ 68
439
окружности и её диаметром. Преподаватель в подытоживающей беседе выписывает на классной доске результаты измерений, полученные различными звеньями, и может легко подвести учащихся к выводу о том, что это отношение вне зависимости от величины окружности является постоянной величиной, равной тг = 3,14. При такой постановке работа познакомит не только с приёмами измерения кривой и диаметра, но и приведёт к выводу, важнейшее значение которого трудно переоценить. Уже первую работу по взвешиванию тел также можно использовать, как вводную об удельном весе. Если раздать учащимся тела одинакового объёма, но из различных металлов, то сопоставление результатов измерений различных звеньев покажет учащимся, что веса тел равного объёма зависят от их вещества.
Преподавателю следует поставить своей непременной задачей добиться, чтобы каждая лабораторная работа, хотя и вводного характера, приводила не только к ознакомлению с техникой и методикой самого измерения, но и к приобретению новых знаний путём анализа результатов, полученных обычно после их математической обработки, и к определению некоторых физических величин, знание которых само по себе важно для учащихся. К числу таких работ относятся определения: удельного веса, удельной теплоёмкости, теплоты плавления, теплоты парообразования и<т. п. Прежде всего по поводу этих работ надо заметить, что в подытоживающих беседах преподаватель, выписав результаты измерений отдельных звеньев на классную доску, сможет показать, например, для удельных весов и теплоёмкостей, что эти величины различны для неодинаковых веществ. В других же случаях (например, для теплоты плавления льда и парообразования воды) тем же путём можно подвести учащихся к заключению, что полученные величины приблизительно одинаковы, и наиболее правильным будет результат, найденный, как средне-арифметическое из найденных величин. Указанного типа работы могут быть поставлены как «поверочные» или, вернее, тренировочные, после того как преподаватель изложит данный физический вопрос целиком, или как вводные «исследовательские», когда учащиеся совершенно не знакомы с тем, какие результаты смогут быть ими получены.
Особым типом являются работы, служащие для обнаружения некоторых физических закономерностей без вывода точных количественных отношений между величинами. Сюда относятся, например: изучение трения, определение к. п. д. для различных механизмов, определение к. п. д. нагревателя, зависимость сопротивления провода от материала и размеров, получение изображений с помощью оптических линз и т. п. Эти работы позволяют установить зависимость между величинами, однако без какого-либо
х) Заведомо порочные результаты должны быть отброшены.
440
§ 5#
количественного выражения этой зависимости. Так, учащиеся обнаруживают, что сила трения возрастает при увеличении нагрузки, что электрическое сопротивление зависит от длины и поперечного сечения проводника, что характер изображения и его величина определяются положением предмета по отношению к главному фокусу оптической линзы. Если преподаватель заранее внесёт некоторое разнообразие в работы, проводимые учащимися на данную тему, то сопоставление полученных результатов позволит привести учащихся к важным заключениям. Так, отдельные звенья учащихся, проделывая работу по определению к. п. д. различных нагревателей (у одних — химические стаканы, у других —консервные банки, у третьих —колбы, у четвёртых — обыкновенные кастрюльки) с теплоизоляцией и без неё, дадут результаты, которые позволят выяснить важнейший вопрос о мерах к повышению к.'п. д. Работа по определению к. п. д. при подъёме груза, проведённая для различных положений наклонной плоскости по отношению к горизонту, при обсуждении результатов измерений всех звеньев может привести к выводу, что к. п. д. зависит от выигрыша в силе. Естественно, что все выводы явятся возможными только тогда, когда преподавателем будет продумана и соответствующим образом организована лабораторная работа, и притом не только в её целом, но и в установках её для каждого отдельного звена. Отличия в работах не могут быть случайными, а должны быть строго продуманными; иначе сделать необходимые выводы окажется весьма трудным, а то и вовсе невозможным.
Наконец, особая группа работ ставится на законы и притом в их количественном выражении. К числу таких работ относятся: закон Ома для участка цепи, закон Джоуля-Ленца, закон Архимеда, законы отражения света и т. п. Совершенно недопустимо называть, а тем более ставить эти работы как проверку законов. Действительно, ни о какой проверке законов в школьных условиях при пользовании в сущности самой примитивной аппаратурой и при проведении измерений руками таких неопытнейших экспериментаторов, какими являются учащиеся, не может быть никакой речи. Если же преподаватель рискнёт на основании полученных результатов подводить учащихся к установлению количественных взаимоотношений, сформулированных в законах, то это явится непростительным насаждением верхоглядства и дилетантизма в худшем значении этого слова. Учащиеся, ступив на путь обобщений и допуская округления цифр, могут наоткрывать сколько угодно таких законов, которые не существуют в природе. Наоборот, преподаватель обязан указать на невозможность получения результатов измерений, в точности соответствующих количественным соотношениям законов, и выяснить причины такого несовпадения школьной практики и выводов науки. Поэтому работы на законы ставят не как проверку их, а лишь исполь
§ ы>, 1
441
зуя их формулировки для тех или иных измерений, или ставят как сравнение получаемых учащимися результатов с ожидаемы-ми по расчёту. В последнем случае, чем ближе окажутся друг к другу результаты, полученные и ожидаемые, тем лучше, но полное совпадение их возможно только случайно.
Подытоживая всё сказанное, следует указать, что перед постановкой лабораторной работы прежде всего необходимо точно наметить её целевую установку, стремясь взять от каждой работы максимум того, что она может дать в смысле сообщения учащимся как навыков, так и новых знаний по физике. Отсюда вытекает необходимость продуманно индивидуализировать в известной мере работу каждого звена с тем. чтобы сопоставления всех полученных результатов позволяли внести в знания учащихся нечто новое тотчас же или впоследствии или расширить и уточнить уже имеющиеся сведения.
Значение лабораторных работ при прохождении курса физики огромно, и поэтому нужно проводить ряд дополнительных работ в порядке кружковых занятий, по крайней мере для наиболее интересующихся учащихся; поэтому в приведённых дальше описаниях даны работы, выходящие за рамки официальной программы по физике.
§ 59. Ошибки при измерениях и их влияние на вычисления.
1. Виды ошибок при измерениях. Ошибки при измерениях прежде всего возникают как от неправильности метода измерения, так и от погрешностей самого измеряющего прибора. Эти ошибки носят название систематических. Полное устранение этих ошибок, вообще говоря, совершенно невозможно. Уменьшение их достигается применением более совершенных приборов и методов измерений. В условиях же школы, где для измерений применяются в сущности несовершенные измерительные приборы, систематические ошибки достигают значительной величины.
Кроме систематических, существуют ошибки, называемые случайными и зависящие в основном от самого наблюдателя. Так ученик, делая отсчёт по любому измерительному инструменту, будь то линейка, мензурка, весы, амперметр, термометр и т. п., всегда допускает некоторую ошибку, называемую случайной. Если случайные ошибки не могут быть вовсе исключены, то во всяком случае их влияние на искажение результата может быть сильно уменьшено путем вычисления среднего арифметического из нескольких измерений. Поэтому-то при школьных измерениях, когда нет времени для производства учащимися нескольких повторных наблюдений, наиболее близкий к действительному результат может быть получен, как среднее арифметическое из результатов измерений отдельных звеньев.
442
§ 59, 1
при условии, что все измеряемые физические величины должны иметь одно и то же числовое значение. Если при значительном количестве измерений один из результатов сильно уклоняется от всех остальных, его следует отбросить как явно порочный. Учащиеся должны быть поставлены в известность о наличии случайных ошибок, и им нужно разъяснить значение вычисления среднего арифметического. Такое вычисление выполняется на подытоживающих беседах для ряда работ (определения величины п, удельного веса, удельной теплоёмкости, теплоты плавления, теплоты парообразования). Сравнение результата измерения данного звена с этой средней арифметической величиной является лучшим критерием для оценки качества работы звена, чем сопоставление с табличными данными.
Нужно помнить, что вследствие систематических ошибок, если даже считать случайные ошибки совершенно исключёнными, никогда нельзя с измерительной аппаратурой школьного типа получить результат, совпадающий с табличными данными. Но такое расхождение может быть обусловлено и совершенно иной причиной.
Преподаватели и особенно сами учащиеся имеют склонность после окончания любой лабораторной работы сравнивать числовое значение полученного результата с табличными данными. Между тем при таком сравнении надо различать два случая.
К первому случаю относятся измерения или определения постоянных физических величин, не зависящих от того объекта и той аппаратуры, при посредстве которых производится измерение. Наиболее характерным примером для такого случая является определение числа п, величина которого совершенно не зависит ни от размеров измеряемой окружности, ни от способов определения. Другим примером такого же случая может служить лабораторная работа на закон Джоуля-Ленца, когда вычисляется постоянный коэфициент, выражающий связь между двумя единицами — джоулем и калорией.
Большинство лабораторных работ принадлежит к совершенно иному типу, составляющему второй случай. В этих работах определяется физическая величина, числовое значение которой зависит от индивидуальных качеств изучаемого о б ъ е к-т а. К таким величинам надо отнести: удельный вес, удельная теплоёмкость, удельное сопротивление и т. д. В справочных таблицах указываются данные для химически чистых веществ или для вполне определённого состава (например, сплавов). Между тем те тела, которые применяются в школах в лабораторных работах, заведомо не являются химически чистыми и большей частью имеют неизвестный состав; это может быть какой-либо сплав или вещество с примесями, нарушающими его свойства. Совершенно очевидно, что числовые результаты, полученные при лабораторных измерениях для тел своеобразного или смешанного соста
§ 69, 2
443
ва, не только могут, но и должны не совпадать с табличными данными.
Для всех тел школьной лаборатории преподаватель должен сам найти «табличные» данные. Для этого надо переметить или перенумеровать тела, применяемые в лабораторных работах, и в особую тетрадь после каждой лабораторной работы записывать числовой результат измерения для данного тела. Накопленный числовой материал позволит вычислить средние арифметические значения и таким путём получить «табличные» данные наиболее вероятных значений для физических величин, определяемых в процессе лабораторных работ с конкретными телами школьного кабинета. При дальнейших измерениях появится возможность сравнивать результаты ученических измерений с данными собственного табличного справочника.
Различают ошибки абсолютные и относительные. Абсолютная ошибка определяется разностью между действительным значением величины и результатом измерения.
Относительная ошибка выражается отношением абсолютной ошибки ко всей измеряемой величине. Так, если учащийся делает отсчёт по термометру с градусными делениями, допуская ошибку менее, чем в половину деления, то абсолютная ошибка будет равна +0,5°. Относительную ошибку можно вычислить, взяв отношение абсолютной, в данном случае равной 4-0,5°, к измеряемой величине, например, 80°. Тогда относительная ошибка будет:
£ =	±0,006 = ±0,6%.
2. Ошибки учащихся при отсчётах. Школьные измерительные приборы несовершенны, и поэтому измерения на них дают сравнительно крупные систематические ошибки. Но ещё большие ошибки получаются при отсчётах учащихся по шкалам этих измерительных приборов.
Выясним величины относительных ошибок, допускаемых учащимися, считая, что отсчёты делаются ими по целым делениям шкалы без определения на глаз десятых долей этих делений. Такое положение соответствует действительности, так как отсчёты с точностью до десятых долей совершенно недоступны для учащихся семилетней школы. Однако, учащиеся должны быть инструктированы, что если показания прибора, например, стрелки (или границы измеряемой линии), соответствуют промежуточному положению между двумя соседними делениями, то за результат принимают:
I.	Наименьшее значение, когда стрелка показывает менее половины деления.
II.	Наибольшее значение, когда стрелка располагается далее середины деления.
444
S‘ ЗЯ 2
III.	В случае, если показания стрелки соответствуют середине между делениями, при школьных измерениях может быть взято любое из значений — меньшее или большее.
Так, например, если стрелка вольтметра (со шкалой до десятых долей) в одном случае даёт показания 3,2—|—0,07 V и в другом 1,4-)-0,03 V,to за отсчёты следует принять соответственно 3,3 V и 1,4 V. Руководствуясь этими же положениями, делаются отсчёты длин — по масштабной линейке, объёма — по уровню жидкости в мензурке, температуры — по границе столбика ртути й т. п.
Таким образом, при соблюдении указанных правил абсолютная ошибка учащихся при отсчётах будет всегда соответствовать 4-0,5 величины деления на шкале прибора.
Отсюда следует, что при пользовании лабораторными приборами школьного типа учащийся допустит следующие абсолютные ошибки при своих отсчётах:
Название прибора	Цена наименьшего деления	Величина ошибки
Масштабная линейка Мензурка » » Динамометр » Термометр Вольтметр Амперметр	1 мм (рис. 462) 1/2 см3 1 см3 (рис. 469) 5 см3 10 Г (рис. 103) 100 Г (рис. 104) 1° С (рис. 106) 0,1V (рис. 112) 0,1 А (рис. 112)	±0,5 мм ±0,25 см3 ±0,5 см3 ±2,5 см3 ±5 Г ±50 Г ± 5° С ± 0,05 V ± 0,05 А
Относительная ошибка зависит от величины результата измерения. Так, например, если учащийся отсчитал температуры в одном случае 5° и в другом 80°, то при допущенной им абсолютной ошибке в 4-0,5° относительные ошибки будут соответственно равны:
¥=ОД = 10 °/0:	= 0,006 = 0,6%.
□	OU
Если при измерении длин учащимся получены результаты 45 см и 8 мм, то при абсолютной ошибке в 4-0,5 мм относительные ошибки окажутся равными:
¥=0,001 = од %; °-£ = 0,06 - 6%.
х) По определению на глаз опытным экспериментатором. Учащиеся же смогут отметить, что в первом случае стрелка находится дальше, чем середина между делениями, и во втором — ближе, чем середина.
§ 59, 2
445
Для аптекарских весов (до 100 г) абсолютную ошибку, допускаемую учащимся при измерении, надо считать равной 10мг: 2=5 мг, что при взвешивании сравнительно крупных тел даст относительные ошибки настолько малые, что ими по сравнению с другими можно в большинстве случаев пренебрегать. Так, при взвешивании тел весом в Юг и 150г относительные ошибки получатся соответственно равные:
0^1 = 0,0005 = 0,05 •/,;	- 0,3%.
Для весов Беранже, в зависимости от величины их предельной нагрузки, абсолютная ошибка, допускаемая учащимся, оказывается равной 100 мг: 2 = 50 мг или для более крупных 500 мг: 2=250 мг.
Но, кроме этих случайных ошибок, существуют ещё систематические ошибки, не зависящие от учащегося и обусловленные качествами применяемого инструмента. Из всех приборов, применяемых в школьной лаборатории, наиболее совершенными являются аптекарские весы (рис. 95).
Так как в большинстве лабораторных работ учащимся приходится производить несколько различных измерений, то на результат оказывают своё влияние ошибки всех этих измерений. Теория позволяет вычислить величину относительной ошибки результата в зависимости от величины ошибок при измерениях отдельных величин. Формулы, по которььм производится это вычисление, различны в зависимости от вида соотношения величин. Если не принимать в расчёт единственного случая, когда в формулу входит вторая степень (квадрат силы тока в законе Джоуля-Ленца), то можно считать, что в расчётах при лабораторных работах в школе-семилетке мы имеем дело с умножением и делением величин, входящих в формулу. На этом основании все относительны е ошибки складываются между собой.
Для упрощения мы примем, что относительные ошибки однозначны и складываются арифметически между собой; при таком допущении вычисление даёт величину наибольшей возможной относительной ошибки результата, что будет соответствовать наиболее неблагоприятному случаюг).
Очень редко относительные ошибки для всех величин, входящих в расчёт, имеют близкие друг к другу числовые значения. Чаще встречается такой случай, когда одна часть величин имеет относительные ошибки, во много раз (более 10) превышающие ошибки остальных величин. Причиной обычно служит то обстоятельство, что одни из величин по абсолютному значению гораздо
х) На самом деле ошибки имеют знак и в формулах для вычисления относительной ошибки результата входят не только как слагаемые, но и как вычитаемые. Поэтому действительная ошибка результата будет всегда меньше вычисленной нами.
446
§ М>, 2
меньше других. Например, при определении удельной теплоёмкости твёрдых тел изменение температуры воды (около 5°) значительно меньше веса тела (около 100 г) и веса воды (около 200 г) (см. дальше пример 3).
В таких случаях наименьшая величина, если на её измерение не обратить особого внимания, даст наибольшую относительную ошибку, по сравнению с которой другими ошибками можно пренебречь. Вывод отсюда такой: в случае резкого различия в числовых значениях измеряемых величин главное внимание и усилие надо приложить к измерению такой н а и м е н ь-ш е й величины с возможно большей точностью. Остальные величины можно измерять более грубо, т. е. не стараясь обязательно достигнуть наибольшей абсолютной точности, лишь бы относитёльные ошибки не превысили относительной ошибки, полученной при измерении малой величины (см. пример 3). Не имеет никакого смысла тратить время и силы на то, чтобы добиваться предельной абсолютной точности при измерении всех величин, когда одна из них прй‘ всей возможной тщательности измерения всё равно даёт большую относительную ошибку. На эти обстоятельства преподаватель должен обратить своё внимание, так как учащиеся обычно не разбираются в различии условий измерения величин и склонны применять одинаковую тщательность при измерении всех величин без различия, не подозревая, что часто их труды и старания не только пропадают даром, но и совершенно не нужны.
Рассмотрим три примера:
1)	Определение объёма брусочка через измерение линейных размеров (§ 65, 5).
Измерения при абсолютных ошибках zt 0,5 мм дали: длина а =20 см, ширина b =45 мм, высота h = 25 мм. Тогда относительная ошибка результата будет равна:
= Т + Т + Т = £го +	+ Й - °’25°/» ++ 2’00/» = 3’30/»-
2)	Измерение удельного веса твёрдого тела (§ 63,4). Измерения дали:
Объём тела (мензуркой) V —20 см3. Вес тела Р =140 г.
Считая абсолютные ошибки при измерениях мензуркой равной 0,5 см и весами равной 5 мг, получим относительную ошибку для удельного веса:
+ = 2-5°/«+°’004% 2’5%-
Мы видим, что вес тела можно было измерить с точностью до 1 а, и даже в таком случае получили бы относительную ошибку:
АР 1
Этим подтверждается заключение: если в одной работе производится несколько видов измерений, то все они должны быть произведены примерно с одинаковой степенью относитель
§ 59, 3	447
ной точности. Таким образом, важно не переоценивать точность измерений одной величины, забывая, что другая, входящая в вычисление, не может быть определена достаточно точно.
Поэтому правильнее было бы применять при указанном способе определения удельного веса наряду с мензуркой весы не аптекарские, а Беранже.
3)	Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела (§ 66, 5)
При измерениях найдено:
Вес воды 200 г (мензуркой). Вес тела 100 г. При температуре тела в 100° и температуре воды в 20° температура смеси примерно равна 25°; следовательно, в расчёт входят две разности температур в 5° и 75°.
Если принять абсолютные ошибки для веса воды ± 0,5 г; для веса тела ± 5 мг\ для температур 0,5°, найдём для относительной ошибки результата следующее значение:
= АР_1 , г .	_1_^2
с Л Т Ps «1	’
где под t, и ts подразумеваются разности температур; или
V = Т0Г +	°5’ = °’0050/о + °’25О/» + 0’67О/» +10О/» = и°/»'
Этот пример показывает, па измерение какой величины надо обратить главное внимание и что ошибки при измерении остальных величин не оказывают заметного влияния. Ясно видно, что применение аптекарских весов наравне с мензуркой не имеет смысла. Вес тела можно было дать с точностью до 25 г.
3. Вычисления при решении задач. Учащиеся в лабораторных работах, произведя несколько измерений различных величин, производят затем вычисления по формулам для нахождения результата. С какой степенью точности должны производиться эти вычисления? Естественно, что все операции арифметического порядка могут производиться с такими числами, у которых только один последний десятичный знак является сомнительным. Точно так же при нахождении результата вычисления делаются не далее того десятичного знака, который оказывается первым сомнительным.
Рассмотрим, как можно выяснить, какой из десятичных знаков (или значащих цифр) является сомнительным. Пусть, например, учащийся в результате измерений нашёл, что объём тела (измеренный мензуркой с делениями в 1 см*) равен 12 см3 и вес тела (определённый на аптекарских весах) равен 97,98 а.
Величина относительной ошибки будет:
ДР___Д7 . ДР
D ~~ V Р ’
Относительную ошибку при взвешивании можно не принимать во внимание, так как она примерно в 1 000 раз меньше относительной ошибки при измерении объёма.
448
$ ^9, 3
Тогда
— — -- —	—0 04 — 4°/
D — V ~ 12 —/о-
Следовательно, относительная ошибка для удельного веса составляет 4% или соответствующая абсолютная будет равна 8,2-0,4 = 0,328 Д.
смА
Отсюда следует, что при определении удельного веса учащийся мог ошибиться на 0,328 и, следовательно, по меньшей мере смА
первый десятичный знак при вычислении результата уже является сомнительным. Поэтому вычисления надо ограничить первым десятичным знаком, т. е. принять результат равным 8,2 Таким образом, рассмотренный нами пример показывает, что определение наибольшей возможной ошибки определяет степень точности вычисления результата.
В семилетней школе при вычислениях вполне достаточно ограничиваться простейшими правилами подсчёта десятичных знаков и цифр. Эти правила всегда помогут учащимся выйти из затруднения, которое при вычислениях встречают учащиеся при решении вопроса, на каком десятичном знаке надо остановиться, оссбэнно при делении (например, при нахождении среднего арифметического).
Правила подсчёта десятичных знаков и цифр и округления чисел:
1.	При сложении и вычитании в результате должно быть столько десятичных знаков, сколько их находится в одном из данных чисел, имеющем наименьшее число знаков.
II.	При умножении и делении в результате надо оставить столько значащих цифр (не считая нулей, стоящих с левой стороны), сколько их имеет одно из данных чисел с наименьшим количеством их.
III.	Когда в процессе вычислений приходится находить промежуточные числовые значения, то надо сохранять на одну цифру больше, нежели это требуется на основании двух первых правил.
IV.	Если первая левая из отбрасываемых цифр больше 5, то следует последнюю остающуюся цифру числа увеличить на 1; если первая отбрасываемая цифра равна 5, то последняя остающаяся цифра не меняется, если она нечётная, и увеличивается на 1, если она чётная.
$ 60, 1
449
Примеры применения правил:
1)	0,005% + 0,25% + 0,67% + 10% = 10,925% = 11 %;
2)	4,6 — 2,947 = 1,653 = 1,7; 3) 8,72 X 4,4 = 38,368 = 38;
4)	97,98 г: 12 сл<3 = 8,165 == 8,2^;
5)	it = 3,14159 = 3,1416	3,1411= 3,14;
6)	/26 = 5,09902 = 5,0990 5,099 == 5,10.
Последний пример показывает, что нуль, стоящий справа от запятой на конце в приближённом числе, имеет вполне определённый смысл и не может быть отброшен за ненадобностью, как это можно сделать в точном числе. В приближённом числе стоящий справа нуль свидетельствует, что при округлении числа с данной точностью его последним десятичным знаком является именно нуль, а не любая иная цифра, как можно думать, если этот десятичный знак .совсем отсутствует. Такой случай написания приближённых чисел, полученных как в результате измерения, так и при вычислениях, нельзя забывать. Числа 5,10 и 5,1 дают две разные степени точности.
§ 60. О выполнении студентами лабораторных работ.
1. Подготовка и выполнение работы. Кроме соблюдения указаний, данных в § 20, надо иметь в виду следующие положения:
I. Студент должен предварительно подготовиться к каждой из лабораторных работ, проштудировав для этого соответствующие параграфы методических указаний, помещенных в т. I «Общие вопросы методики физики», а также описания в книге Знаменского «Лабораторные занятия по физике». Затем просматриваются приведённые далее методические указания, описание приборов, правила пользования теми или иными измерительными инструментами. Только после этого можно переходить к практическому выполнению работ по соответствующим описаниям. В описаниях работ даны общие советы относительно техники выполнения измерения или постановки опыта.
II. Последним и не менее трудоёмким процессом является заключительный этап работы — составление отчёта о том, как студент рассчитывает полученные им технические знания применить при организации лабораторных работ в школе в соответствии с требованиями методики. Для этого прежде всего определяется целевая установка данной группы лабораторных работ, намечается конкретное содержание их и вырабатываются инструкции и формы записей для учащихся. Полученные студентом результаты отдельных измерений и вычислений записываются им по выработанной форме,, чтобы тем самым показать образец записи.
29 Е. Н. Горячкин
450
$ 60, 2
i III. Для каждой из работ обязательно вычисление наибольшей относительной ошибки при измерениях с тем, чтобы быть не только осведомлённым относительно получаемых результатов измерения, но и для определения той степени точности, с которой надо производить вычисления.
Наконец, студенту надо дать ответы на поставленные после каждой работы вопросы.
2. Инструкции и форма записей. В зависимости от поставленной цели лабораторной работы, а также от качеств применяемой аппаратуры, выявляются содержание и порядок проведения работы, а также техника её осуществления. Поэтому далеко не всегда можно руководствоваться инструкциями для учащихся к лабораторным работам, приведёнными в учебниках и методических руководствах. Преподаватель сам вырабатывает с начала до конца инструкцию или вносит ряд дополнений и изменений в инструкцию, взятую из тех или других пособий.
Инструкция указывает учащемуся:
1)	Из каких приборов состоит установка и как она должна быть собрана.
2)	Какие операции и в какой последовательности следует проделать учащемуся.
3)	Какие измерения или наблюдения должны быть при этом произведены.
4)	Каким образом полученные результаты надлежит использовать для вывода, являющегося ответом на основной вопрос, поставленный темой работы.
Кроме того, инструкция содержит вопросы, требующие самостоятельных заключений со стороны учащегося на основе произведённых им наблюдений.
В инструкции приводится также форма, по которой учащиеся производят записи в своих тетрадях. Приводим в качестве примера такие формы:
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №. . .
Определение к. п, д. при подъёме груза по наклонной плоскости.
Работа подъёма груза равна .............................
Коэфициентом полезного действия при подъёме груза по наклонной плоскости называется......................................
Данные измерений	Наклонная плоскость установлена	
	отлого	круто
Путь по наклонной плоскости Сила тяги		
5 61, 1
451
Данные измерений	Наклонная плоскость установлена	
	отлого	круто
Работа подъёма по наклонной плоскости (затраченная работа) Путь по вертикали Работа подъёма по вертикали (полезная работа) Коэфициент полезного действия равен	0	%	0,....%
Вывод: коэфициент полезного действия . . увеличении выигрыша в силе.			.... при
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №. . .
Измерение сопротивления электрической лампочки.
Сопротивление (в омах) численно равно напряжению (в вольтах), деленному на силу тока (в амперах).
Данные измерений:	
Напряжение V = Сила тока I = Сопротивление R —	
Сопротивление электрической лампочки в накалённом состоянии равно .... омам.	
Глава двенадцатая,
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ОСНОВНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ.
§ 61. Лабораторные работы: Измерение длин.
Методические указания — см. т. I, § 58, 5. Изготовление приборов — см. т. III, § 28. Рисунки по теме — см. т. IV, § 30, 1.
1. ^Методические замечания. Основной целью данной группы лабораторных работ для студента является изучение правильных приёмов измерения длины посредством различных измерительных линеек с той целью, чтобы эти навыки были впоследствии переданы учащимся средней школы. Изучаются измерения длин прямых (линейных размеров предметов, в том числе диаметра) и кривых линий (окружность, длина дорог и рек на карте). Кроме того, надо познакомиться с некоторыми косвенными приёмами измерения малых толщин (бумаги и проволоки).
29*
452
$ 61, 2—3
В школе при обучении измерениям длин было бы совершенно неправильно ограничиться одними измерениями на лабораторном столе. Исключительно важное значение имеют измерения длин на местности (приусадебный участок школы и т. п.), в особенности в условиях сельской школы.
2. Измерительные инструменты. Наилучшими для измерения являются металлические измерительные линейки, применяемые в технике, и чертёжные треугольные (рис. 462), но как те, так и
Сантиметры
Рис. 462. Линейки измерительные- — техническая (II) и чертёжная (I).
другие сравнительно дороги; поэтому в первый период организации кабинета и лаборатории можно пользоваться обычными школьными измерительными линейками или угольниками. Однако, при употреблении
школьных линеек надо
2
Дюймы
V1
ДИ
FJIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
liiiiiuiiiiHiiiiiiiiniiiiiiinii
[2|5 2,6 217,218 2|9.3|0 ГПо
II
иметь в виду, что деления на них накатаны столь небрежно, что некоторые штрихи оказываются расплывчатыми и чересчур толстыми. Наконец, нулевое деление у этих линеек помещается от конца на некотором расстоянии; случается также, что в первом сантиметре нехватает одного-двух миллиметров, и поэтому нулевое деление отсутствует.
Для измерений на местности следует применять рулетку или мерную ленту.
3. Объекты для измерений. Для измерения длин надо сделать или заказать столяру деревянные брусочки из твёрдой породы дерева (лучше всего из берёзы), чтобы при многократном пользовании рёбра у них сохранялись в целости и с течением времени не получали закруглённой формы. Брусочкам следует придать форму правильных прямоугольных параллелепипедов с тремя различными измерениями (10—15 см'%5—8 см\3—5 см). В свою очередь брусочки делают отличными друг от друга хотя вводном из своих измерений, чтобы звенья учащихся не получали одинаковых результатов. Брусочки желательно окрасить масляной краской или покрыть лаком как для большей прочности их краёв, так и для сохранения опрятного вида; тогда они смогут служить многие годы. Для проверки получаемых учащимися результатов преподавателю необходимо заранее пронумеровать брусочки (масляной краской), измерить их и записать полученные результаты.
$ ei, 4
453
Объектами для измерений длины окружности и диаметра могут служить деревянные и металлические цилиндры или сте-
Рис. 463. Основные правила измерения линейкой.
клянные банки и стаканы. При подборе этих объектов надо обратить особое внимание, чтобы края у них были острыми, а не закруглёнными. Можно воспользоваться для измерений цилиндрическими телами
для определения удельных весов и теплоёмкостей (рис. 474), но малые размеры их диаметра усложняют измерение.
Для измерения длин кривых линий лучше всего достать в военном кабинете школы военные карты, но можно воспользоваться также обычными географическими (рис. 507).
4. Правила измерения линейками. При измерениях надо соблюдать следующие правила с тем, чтобы впоследствии обучить им своих учеников.
I.	Во избежание ошибки на-параллакс располагают глаз наблюдателя на линии, перпендикулярной к поверхности, на которой производится измерение длины (см. дальше методические замечания). Измерения толстой линейкой производят указанным на рисунке 463, II способом.
II.	Так как начало линейки может оказаться испорченным и поэтому не соответствующим её нулевому делению, то линейку прикладывают так, как указано на рисунке 463, V.
454
§ 61, 4
Искомый результат измерения будет равен разности двух отсчётов: у начала измеряемой прямой линии и у конца её, т. е. в рассматриваемом случае 37 —10 =: 27 мм.
III.	При измерении расстояния между двумя параллельными прямыми линиями (краями брусочка) линейку прикладывают так, чтобы её край образовывал прямой угол с измеряемой прямой (рис. 463, III).
IV.	При измерениях расстояний между краями предметов делают три измерения в различных местах. За искомый результат принимают среднее арифметическое из этих отсчётов. Поступают так в случаях, когда края предмета сбиты или не везде параллельны друг другу.
V.	При измерении длин у одного из многочисленных подобных друг другу предметов (спички, гвозди, зёрна и т. п.) прежде всего уточняют поставленную задачу —нужно ли знать длину данного предмета или среднюю длину единообразных предметов. В первом случае измерение производят указанными выше способами; во втором измеряют соответствующие длины у нескольких предметов и за искомый результат принимают среднее арифметическое.
VI.	При измерениях величины диаметра окружности, центр которой не обозначен, находят наибольшее расстояние между её краями. Это расстояние будет равно диаметру.
VII.	В ряде случаев линейка не может быть приложена к тем точкам предмета, между которыми производится измерение. Тогда прибегают к помощи подсобных инструментов, в частности применяют кубики, бруски и угольники (рис. 464) или пользуются кронциркулем (рис. 466).
VIII.	Для измерения малых толщин у единообразных предметов их накладывают друг на друга или располагают рядом. Измерив сумму толщин для взятого количества предметов, находят искомую величину делением полученного результата на число предметов (рис. 465, I и II).
5 61. 4
455
Из перечисленных правил особого внимания заслуживает первое — об ошибке на-параллакс, которая сказывается не только при измерениях длин толстыми линейками, но и при отсчёте ряда других приборов (стрелки весов, электрических измерителей и пр.). Поэтому для пояснения явления параллакса
Рис. 464, Измерение длины болта (I) и диаметра шарика (II).
надо провести особую демонстрацию. На классной доске мелом наносят ряд штрихов, изображающих деления шкалы, и нуме-руют их (рис. 154). На расстоянии примерно в -у м от доски помещают вертикально указку и поочерёдно предлагают нескольким учащимся, сидяшим в первом ряду, сделать по ней отсчёты на
Рис. 465. Измерение толщины бумаги (II) и диаметра проволоки (I).
шкале и притом со своего места. Величины, названные учащимися, будут различны, особенно отличаясь друг от друга для крайнего правого и крайнего левого места. Изменяя расстояние указки до доски, выясняют, что ошибка будет тем значительней, чем дальше указка расположена от шкалы. После такого опыта нетрудно разобрать первое правило, применение которого особенно важно для толстых измерительных линеек. Введение четвёртого правила вызвано тем, что у некоторых прямоугольных предметов, вследствие их не совсем правильной формы или повреждений рёбер, какое-нибудь измеренйе имеет различную длину в разных точках грани. Тогда задача приводит к нахождению средней величины данного измерения.
Шестое правило применимо также к измерению расстояния между параллельными прямыми. Большое практическое значение имеет седьмое правило; его надо распространить на случай
456
$ 61, 5
применения предметов прямоугольной формы (кубики, книги, коробки) для измерений, подобных изображённому на рисунке 464.
Восьмое правило позволяет измерять толщины у единообразных предметов такой малой величины, что измерение одного из них с помощью линейки немыслимо (рис. 465).
5. Лабораторная работа I: Измерение длины прямых линий.
Приборы и материалы: 1) Демонстрационный метр с миллиметровыми делениями. 2) Масштабные линейки —
Рис. 466.
Ш
Применение кронциркуля при измерениях.
металлическая и школьная (рис. 462). 3) Клетчатая бумага. 4) Два деревянных брусочка. 5) Книга в переплёте. 6) Проволока толщиной в 0,2—0,5 мм. 7) Карандаш. 8) Угольник. 9) Кронциркуль (рис. 466).
А. Измерить линейные размеры клеточ-к и на бумаге из тетради по математике.
1)	Для измерений воспользоваться прежде всего толстой линейкой, например, демонстрационным метром с миллиметровыми делениями, дающими огромную ошибку на-параллакс. Проверить свои навыки применения первого правила (см. § 61, 4, пр. I). Затем повторить измерения, приложив линейку узким боком, чтобы штрихи примыкали к измеряемой линии.
2)	Последующие измерения произвести, пользуясь масштабными линейками — металлической и школьной. Выяснить, какие преимущества даёт металлическая линейка по сравнению со школьной.
3)	Сравнить результаты, получаемые при непосредственном измерении размера одной клеточки и при вычислении результата после измерения п клеточек.
4)	На основе рисунка 467 проверить свой навык по отсчёту на глаз десятых долей деления.
Б. Определить линейные размеры брусочка.
Путём измерения выяснить, имеет ли смысл производить каждое измерение по три раза и брать среднее арифметическое.
В. Измерить длину очинённого карандаша и диаметр шарика.
При измерении диаметра шарика выяснить, какими простейшими подсобными приспособлениями пользоваться удобнее, чем угольником.
$ 61,6

Г. Измерить толщину бумаги и тонкой проволоки.
1) Произвести измерение толщины бумаги в данной книге.
2) Измерить диаметр проволоки, намотав её виток к витку на карандаш (рис. 465, I).
8,5	14 5	6Л	5.9	10,3
II рц|||| 111|1111|1111|Н 111[Н11|1111|П III) IJI|IIII|II 1Н|1П1|1Ш
Рис. 467. Произвести отсчёты с точностью до десятых долей.
6. Лабораторная работа II: Измерение длины кривых линий.
Приборы и материалы:!) Масштабная линейка. 2) Нитка от катушки (длиною в 50 см). 3) Два-три цилиндрических тела различного диаметра. 4) Зубчатое колёсико. 5) Метровая стальная рулетка.
А. Измерение длины кривой на карте
1)	В случае отсутствия карты начертить на бумаге произволь
ную кривую и измерить её длину ниткой.
2)	Зубчатое колёсико от часов или механизма детской игрушки укрепить на куске проволоки указанным на рисунке 468 способом и, прокатывая его по кривой, найти её длину.
3)	Выяснить, какой из указанных способов является более удобным и точным.
Б. Определение величины тг.
1)	Для опыта подобрать цилиндры из любого материала, лишь бы они имели диаметры различных размеров и осгрые, а не закруглённые рёбра у одного из своих оснований.
Рис. 468. Измерение кривых при помощи зубчатого колёсика.
2)	Измерить длину окружности оснований цилиндров, пользуясь ниткой, полоской бумаги и рулеткой, и выяснить, какой способ удобнее и точнее.
458
§ 61, 7; § 62, 1
3)	Определить величину диаметра того из оснований, у которого производилось измерение окружности (см. правило VI). Сделать три измерения в различных направлениях и найти среднее арифметическое.
4)	Вычислить отношение длины окружности к диаметру для каждого из цилиндров и тем самым найти величину п.
5)	Вычислить относительную ошибку найденной величины п.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторной работы для учащихся 6 класса.
2)	Определить точное содержание лабораторной работы и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записей.
3)	Вычислить величину относительной ошибки при измерении длины прямых линий.
4)	Вычислить величину относительной ошибки при определении величины я.
5)	С какой точностью надлежит учащимся производить измерения?
6)	Какие измерения следует предложить учащимся сделать дома?
§ 62. Лабораторные работы: Измерение площадей и объёмов.
Методические указания — см. т. I, § 58, 6 и 7.
Изготовление	приборов — см. т. III, § 28.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 30 и 31.
1. Приборы для измерения площадей и объёмов. Целью настоящей работы является изучение простейших способов измерения площадей и объёмов тел неправильной формы, так как эти
измерения для тел правильной геометрической формы сводятся к нахождению их линейных размеров и последующему вычислению. Наилучшим пособием для измерения площадей неправильной формы является клетчатая миллиметровая бумага, употребляемая в чертёжном деле. Величина площади наименьшей клеточки у этой бумаги соответствует 1 мм2. Можно использовать также клетчатую бумагу из тетради по арифметике, но это в некоторой мере усложнит вычисления, . так как при стороне клеточки в 5 мм площадь её равна 25 jwjw2 (рис. 472).
Для измерения объёмов служат мензурки — стеклянные сосуды цилиндри-ческой формы с делениями, показываю-Рис. 469. Мензурки- Щими объём налитой в них жидкости, коническая и цилиндри- Чена Деления у малых мензурок соответ-ческая.	ствует 0,5—1 см\ у крупных 5—10 ел3
$ 62, 2—3
459
(рис. 469). Наилучшими для проведения лабораторных работ являются мензурки на 20—50 см3; более же крупные дают слишком грубые результаты.
При измерении объёмов тел, которые по своему размеру не могут быть помещены в мензурку, пользуются подсобными приборами — отливными стаканами. На рисунке 470 изображены различные типы отливных стаканов; из них наиболь-
Рис. 470. Устройство различных отливных стаканов.
шего внимания заслуживает отливной стакан (рис. 470, I), который может быть легко сделан учителем из консервной банки.
2.	Правила измерения мензуркой. При измерениях мензуркой надо соблюдать следующие правила:
I.	Перед работой определить цену одного деления, т. е. скольким кубическим сантиметрам соответствует объём, заключённый между двумя соседними штрихами.
II.	Мензурку для упрощения отсчётов наполняют водой на столько, чтобы уровень её находился против одного из целых делений. Воду наливают сначала обычным способом, а затем прибавляют нужное количество или удаляют излишек её, пользуясь пипеткой.
III.	Отсчёт производят по уровню воды в средней части мензурки, а не по краям, где он приподнят. Во избежание ошибки на-параллакс помещают глаз на одной линии с уровнем жидкости (рис. 471).
3. Лабораторная работа I: ной формы.
Приборы и материал 3; Масштабная линейка. 4) Циркуль.
Измерение площади неправиль-
ы: 1) Клетчатая бумага. 2) Цилиндр.
460
§ 02 f 4
А. Измерение площади неправильной
формы/
1) Нарисовать на клетчатой бумаге из тетради любую фигуру (рис. 472).
2) Внутри фигуры отметить, например, крестиками целые квадраты, соответствующие 0,5	см, и сосчитать число их.
3) Соединяя внутри фигуры попарно по две неполные клеточки, которые в сумме составляли бы площадь в один квадратик, отмечать их точками. Сосчитать число пар.
4) Вычислить площадь всей фигуры.
Б. Сравнение результатов определения пло-
Рис. 471. Правильное положение глаза при измерении мензуркой.
->
щади при помощи измерения линейных	разме-
ров и посредством клетчатой бумаги.
1)	Начертить циркулем на клетчатой, лучше на миллиметровой, бумаге окружность, взяв её радиус для упрощения рав
ным целому числу милли-
метров.
2)	Вычислить площадь круга по формуле: nR2.
3)	Определить площадь того же круга подсчётом квадратиков.
4)	Сравнить полученный результат с величиной площади, определённой по формуле.
4.	Лабораторная работа II: Измерение объёма
тела мензуркой.	Рис. 472. Измерение площади на милли-
Приборы и мате-	метровой бумаге.
риалы: 1) Мензурки на
20—50 см3 и на 200—500 см3. 2) Пипетка. 3) Отливной стакан. 4) Тела.
5) Нитка.
А. Измерение объёма тела, умещающегося в мензурке.
1)	Определить цену делений в мензурках.
2)	Налить в мензурки воды согласно правилу II.
3)	Привязав к телу нитку, опустить его в воду и сделать отсчёты, применяя ту и другую мензурку.
4)	Сравнить полученные результаты и определить абсолютные ошибки.
§ 62, 5; § 63, 1
461
Б. Измерение объёма тела, не умещающегося в мензурке.
1)	Наполнить отливной стакан до возможно более высокого уровня, поместив его предварительно на достаточно высокую подставку.
2)	Поставить под носик отливного стакана рожно погрузить в воду тело, привязанное на
3)	Определить’ по мензурке объём вылившейся воды, а следовательно, и объём тела.
5. Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторной работы для учащихся 6 класса.
2)	Определить точное содержание лабораторной работы и составить
мензурку и осто-нитке (рис. 473).
Рис. 473. Измерение объёма при помощи отливного стакана.
инструкцию для учащихся, выработав форму записей.
3)	Вычислить величину относительной ошибки при измерении объема мензуркой.
4)	Сравнить наибольшие относительные ошибки при измерении объёма брусочка с помощью отливного стакана и мензурки и при вычислении объёма на основании измерения его линейных размеров миллиметровой линейкой.
5)	Где рациональнее предложить провести работу по измерению площадей — в классе или дома?
6)	Какого объёма — меньшего или большего — следует брать тела для измерения мензуркой с целью получения наименьшей относительной погрешности? Какой формы тела оказываются наиболее подходящими для измерений?
7)	Будут ли вести к искажению результата измерений капли воды, приставшие к стеклу внутри мензурки? Следует ли их удалять? Каков объём каыли?
8)	Как произвести с помощью мензурки измерение объёма тела, не тонущего в воде?
9)	Как проще'всего произвести измерение ёмкости сосуда?
10)	В каких случаях рационально применение конической мензурки (рис. 469)?
§ 63. Лабораторные работы: Взвешивание и определение удельного веса.
Методические указания — см. т. I, § 59. Изготовление приборов — см. т. III, § 28. Рисунки по теме — см. т. IV, § 32.
1.	Методические замечания. В первой же работе со взвешиванием тел, проводимой в школе, надлежит обратить самое серьёз
462
§ 63, 1
ное внимание на то, чтобы учащиеся овладели техникой: обращения с весами и изучили правила взвешивания. Во всех дальнейших работах, в которых находят себе применение весы, следует требовать от них неуклонного выполнения этих правил. Объектами для взвешивания могут служить самые различные предметы. Однако преподаватель должен предварительно их подобрать, взвесить и пронумеровать для того, чтобы по своим записям ему возможно было проверять получаемые учащимися результаты. Бакушинский
Рис. 474. Тела цилиндрической формы из различных металлов одинакового объёма.
справедливо рекомендует предлагать учащимся произвести взвешивание двух предметов: одного — сравнительно тяжёлого (порядка нескольких десятков граммов) и другого — лёгкого, например, двух-трёх листов бумаги.
Кроме измерений веса обычных предметов, надо научить учащихся определить взвешиванием средний вес однородных предметов (спичек, гороха, крупной дроби и т. п.).
При первой же работе желательно поставить работу так, чтобы результаты взвешивания могли быть использованы в дальнейшем. Так, в качестве объектов взвешивания надо предложить учащимся цилиндры одинакового объёма из различных металлов (на каждое звено по 2 цилиндра) (рис. 474). Сопоставление результатов измерений приведёт к выводам, которые окажутся полезными при введении понятия об удельном весе.
Для определения удельного веса можно воспользоваться кусками различных металлов, частей каких-либо машин. Проще же, чем подбирать такие части, приобрести набор цилиндров из различных металлов (медь, латунь, железо, алюминий, свинец), пред
§ 63, 2—3
463
назначенных для калориметрических работ (определение теплоёмкости) (рис. 474).
Из жидкостей для определения их удельного веса наиболее рационально применять денатурированный спирт и насыщенный раствор поваренной соли в воде.
Обязательной для проведения в школе является работа по определению удельного веса твёрдого тела. Нахождение же удельного веса жидкостей может быть предложено учащимся, если на то найдётся время без ущерба для дальнейшего изложения курса. Работу с определением удельного веса жидкостей возможно провести в порядке кружковых занятий.
Дальше приводятся лабораторные работы лишь на измерение удельного веса — в предположении, что студент в процессе выполнения их овладеет навыками обращения с весами и изучит правила взвешивания.
2.	Приборы. Для лабораторных работ в неполной средней школе лучшими являются весы Беранже до 2 кг (рис. 97). Однако вследствие их дороговизны приходится применять более дешёвые ручные аптекарские весы, допускающие наибольшую нагрузку лишь до 100 г (рис. 95). По этой причине в некоторых работах аптекарские весы приходится перегружать выше нормы, что ведёт к уменьшению их чувствительности. Кроме того, эти весы неудобны для взвешиваний сравнительно крупных предметов (вроде стакана), а тем более высоких (например, мензурки).
Описание весов .Беранже и аптекарских, а также правила обращения с ними даны в § 15, 2—3.
Наиболее желательно иметь латунный разновес (рис. 100,1), а не керамический (рис. 101), но при условии приучить учащихся накладывать разновески на чашки весов при помощи пинцета (рис. 102) (см. § 15, 6).
3.	Правила взвешивания. Как весы Беранже, так и аптекарские должны быть заранее, перед выдачей их учащимся, осмотрены преподавателем и уравновешены. Весы Беранже чаще всего перестают работать вследствие смещения их призм из соответствующих подушек, что очень нетрудно исправить. Кроме того, нарушение равновесия наблюдается, если чашки перепутаны местами (левая на месте правой) или, что хуже, попали с других весов. Во избежание перепутывания чашек их помечают буквами Л и П (левая, правая), а также надписывают на них номер весов.
Аптекарские весы преподаватель приводит к равновесию, отстригая кончики шнуров, на которых висят чашки, или, лучше, нагружая более лёгкую чап/ку кусочком проволочки, наматывая её на один из шнуров.
В добавление к изложенным в § 15, 5 правилам обращения с весами здесь приведены правила взвешивания, с которыми не только надо ознакомить учащихся, но и требовать их неукоснительного выполнения.
464
§ 63, 3
L Взвешиваемое тело следует помещать на левую чашку весов; разновески накладывать на правую.
II.	Разновески следует осторожно класть на чашку, а не бросать их.
III.	Разновески, равные и большие 100 г, берут в руку через бумажку; меньшие переносят при помощи пинцета. Брать разновески непосредственно рукой недопустимо.
IV.	Разновески кладутся на весы в том порядке, в котором они находятся в ящике. Поместив тело на весы, берут разновеску, заведомо большую по весу, и убеждаются, что она перетягивает тело. Эту разновеску убирают в ящик и берут следующую по порядку. Если последняя разновеска перетягивает — её снимают; если же она имеет недостаточный вес, её оставляют на чашке и прибавляют к ней следующую по порядку. Как и в предыдущем случае, эта разновеска при перевешивании убирается, при недостаточности веса оставляется. Подобные манипуляции должны быть произведены со всеми разновесками в порядке расположения их в ящике (порядок по убыванию веса) без пропусков. В противном случае может оказаться, что разновесок для взвешивания нехватит, и всё взвешивание придётся производить вновь. Класть разновески можно только на одну (правую) чашку, а не на обе чашки весов; помещение их на ту чашку, на которой лежит взвешиваемое тело, недопустимо.
Пример. Пусть взвешивается некоторое тело.
	Много	Мало
Кладём гирю в 200 г	200 г		
Снимаем 200 г, кладём 100 г	—	100 г
Оставляем 100 г, кладём 50 г	—-	150 г
Оставляем 50 г, кладём 20 г	—-	170 г
Оставляем 20 г, кладём 20 г	—-	190 г
Оставляем 20 г, кладём 10 г	200 г	—
Снимаем 10 г, кладём 5 г	195 г	—
Снимаем 5 г, кладём 2 г	—	192 г
Оставляем 2 г, кладём 2 г	194 г	—
Если бы мы во второй раз не положили 20 г и, пропустив эту разновеску, клали бы следующую за ней 10 г, то разновесок для взвешивания не-хватило бы. Подобные пропуски — весьма частое явление у учащихся, на что надо обратить самое серьёзное внимание.
§ 63, 4

	Много	Мало
Снимаем 2 г, кладём 1 г Оставляем 1 г, кладём 500 мг Оставляем 500 мг, кладём 200 мг	193,7 г	193 г 193,5 г 193,7 г
Вес тела равен 193,7 г	Весы уравновешиваются	
V.	Нет никакой надобности ждать окончания колебаний стрелки весов. Если углы отклонения стрелки от нулевого положения при качаниях вправо и влево одинаковы, то равновесие можно считать достигнутым.
VI.	При подсчёте общего веса разновесок снимают их одну за другой в порядке уменьшающегося веса и кладут в ящик в соответствующие гнёзда. При этом записывают отдельно в виде суммы веса снятых разновесок.
Примером такой записи может служить следующая: Граммы: 200 +100 +50+20+20+2+1=393 г
Миллиграммы: 500+200=700 мг
Вес тела 393 г + 700 лг = 393 г 700 мг = 393,7 г.
4. Лабораторная работа I: Определение удельного веса твёрдого тела.
Приборы и материалы:!) Аптекарские весы. 2) Весы Беранже. 3) Разновес. 4) Подвес для весов или штатив (рис. 95). 5) Мензурка. 6) Масштабная линейка. 7) Металлический цилиндр.
1)	Взвесить тело на весах Беранже и на аптекарских, соблюдая правила взвешивания.
2)	Измерить объём тела мензуркой, а также вычислить его на основании результатов линейных измерений (диаметр, высота).
3)	Вычислить удельный вес для двух случаев на основании: двух —наиболее грубых результатов взвешивания и измерения объёма и двух —наиболее точных.
4)	Сравнив полученный результат с «табличными» данными1), определить размеры абсолютной и относительной ошибок.
х) Что надо понимать под словами «табличные» данные — см. § 59, 1.
30 ЕН. Горячкин
466
§ 63, 5—6
5. Лабораторная работа II: Определение удельного веса жидкого тела гидростатическим взвешиванием.
Приборы и материалы:!) Аптекарские весы. 2) Лабораторный штатив. 3) Разновес. 4) Металлическое тело. 5) Стакан с денатурированным спиртом или раствором соли. 6) Стакан с водой.
1) На трёх нитках подвесить тело снизу к чашке весов и определить его вес (рис. 475).
2) Произвести взвешивания,
погрузив подвешенное тело сначала в воду и затем в жидкость.
3) Вычислить объём тела и вес жидкости в его объёме.
4) Вычислить удельный вес и, сравнив с «табличными» данными, определить размер абсолютной и относительной ошибок.
6. Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевые установки лабораторных работ для 6 класса: «взвешивание» и «определение удельного веса твёрдого тела».
2)	Определить точное содержание лабораторных работ и написать инструкции к ним для учеников. Выработать форму записей.
3)	Вычислить величины наибольшей относительной ошибки при измерении веса тяжёлого и легкого тела.
4)	Сравнить величины наиболь-Рис. 475. Измерение удельного веса шей относительной ошибки при гидростатическим взвешиванием. определении удельного веса, если объём брусочка (15 мм X 50 мм) в одном случае определяется через линейные измерения и в другом — при помощи мензурки. Какой способ точнее?
5)	Вычислить величину наибольшей относительной ошибки при измерении удельного веса гидростатическим взвешиванием. Сравнить эту величину с относительной ошибкой при определении удельного веса, когда объём находится мензуркой. Какой способ точнее?
6)	До какого десятичного знака следует производить вычисления в указанных работах по определению удельного веса?
7)	С какой степенью точности в этих работах можно производить взвешивания?
8) Какого объёма — большого или малого — следует брать тела в работах по определению удельного веса?
§ 64, 1—2
467
Глава тринадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО МЕХАНИКЕ.
§	64. Лабораторные работы: Рычаг. Измерение динамометром.
Методические указания — см. т. I, §§ 60, 81 и 84.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 29, 34 и 35.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 33, 37 и 38.
1. Методические замечания. Лабораторные работы по механике в семилетней школе в основном сводятся к изучению р ы-чага и измерению сил с помощью динамометра. Сопоставление результатов измерений сил в различных случаях
Рис. 476. Рычаг но Бакушинскому.
позврляет варьировать задачи. Из этих задач наиболее существенными являются: изучение трения и определения к. п. д. при подъёме груза 1) по наклонной плоскости и 2) посредством неподвижного блока.
При изучении рычага приходится ограничиваться случаем первого рода: установка для рычага второго рода оказывается для учащихся 6 класса технически слишком сложной.
2.	Приборы. Для лабораторной работы по изучению рычага лучше всего применять рычаги, сконструированные В. Н. Б а-кушинским и имеющиеся в продаже (рис. 476). Для преподавателя, владеющего некоторыми ремесленными навыками, изготовление рычагов своими силами не представит затруднений. Материалом для изготовления служит обычно школьная масштабная линейка, от которой следует отрезать край с делениями (шириной в 10—15 мм и длиной в 25—30 см). Наиболее сложным 30*
468
$ 64, 2
Рис. 477. Свинцовые грузы для рычагов.
является устройство клинышка В для укрепления линейки. Чтобы не делать вырезу, клинышек можно склеить из трёх кусочков фанеры. Подвес А делается из проволоки или жести, ось О — из булавки или иголки.
Для подвешивания рычагов может быть использована подставка для аптекарских весов (рис. 95). Применение разновесок в качестве грузов недопустимо; для этой цели хороши свинцовые круглые грузики с крючками, имеющиеся в продаже (рис. 477). Прицепляют их к петлям, накинутым на рычаг. Возможно также применение металлических шариков С, подвешиваемых, как показано на рисунке 476, III.
Для проведения в школе перечисленных работ нужно приобрести ди- • намометры Бакушинского (§ 15, 7 и рис. 104). В продаже имеются также трибометры Бакушинского, исключительно простые по своему устройству и край
не дешёвые (рис. 478). Они состоят из линейки С длиною в 40 — —50 см и трёх платформочек (плашек): двух А одинаковых по величине и третьей В — в два раза большей.
Изготовление трибометров своими силами из школьных масштабных линеек не представляет труда; более сложным является наклейка бортиков у плашек и устройство крючков из булавок.
С
Рис. 478. Трибометр по Б а к у ш и н с к о м у. Каток.
Применение для лабораторных работ школьных динамометров типа, представленного на рисунке 103, нерационально, так как потребует наборов крупных гирь в 1—5 кг и устройства громоздкого трибометра из доски длиной в 1—1,5 м.
Для изучения вопроса о равновесии тела на наклонной плоскости имеются в продаже катки I), которые нетрудно сделать учителю из скалки цилиндрической формы, разрезав её на куски и снабдив каркасами из проволоки (рис. 478).
§ 64, 3—5
469
3.	Правила измерения динамометром.
I.	Перед применением динамометра надлежит проверить: 1) не задевает ли указатель при растяжении пружины за шкалу и 2) устанавливается ли указатель в ненагружённом динамометре на нулевое деление. Если такие неполадки существуют, их.надо устранить, соответственно подогнув указатель.
II.	Если остриё указателя помещается сравнительно далеко от шкалы, при отсчётах следует располагать глаз, во избежание ошибок на-параллакс, на линии, проходящей через указатель и перпендикулярной к шкале.
III.	При измерении силы тяги надо добиться, чтобы перемещаемое тело двигалось равномерно, без толчков или дёрганий. Такие колебания или дёргания неизбежны лишь при трогании с места. Отсчёт цо динамометру производят во время равномерного движения, когда указатель, установившись против одного из делений, более не смещается с него.
4.	Лабораторная работа I: Условия равновесия рычага.
Приборы иматериалы: 1) Рычаг по Бакушинскому (рис. 476). 2) Подвес (рис. 95) или лабораторный штатив (рис. ,50). 3) Грузы (рис. 477). 4) Тонкая проволока (d =0,1—0,3 мм). 5) Нитка.
1)	Сделать четыре петли для подвешивания грузов, две —из катушечной нитки и две — из тонкой проволоки, и выяснить, какими из них легче подвешивать грузы на определённых делениях. Взять равные грузы и, установив их на одинаковых расстояниях от точки опоры, убедиться в равновесии рычага (рис. 479).
2)	Получить равновесие для грузов с отношением по весу 1:2; 1:3; 2:3 и, произведя отсчёты длин соответствующих плеч, проверить, насколько полученные результаты' соответствуют закону моментов сил, или обратной пропорциональности между грузами и плечами.
5.	Лабораторная работа II: Градуировка динамометра.
Приборы и материалы: 1) Динамометр Бакушинского. 2) Миллиметровая бумага. 3) Кнопки. 4) Квадрат или кружок из картона. 5) Нитки. 6) Разновес. 7) Лабораторный штатив. 8) Циркуль.
1)	На шкалу динамометра Бакушинского укрепить полоску бумаги (лучше миллиметровой). К крючку динамометра подвесить на нитках чашку, сделанную из кусочка картона квадратной или
470
§ Ы 6
круглой формы. Динамометр поместить на лабораторном штативе, как показано на рисунке 480.
2)	Отметить остро очинённым • карандашом нулевое деление. Нагрузить на чашку сначала 10 Г > потом 20 Г и т. д., увеличивая каждый раз вес на 10 Г, и сделать отметки для соответствующих
Рис. 480. Установка для градуировки динамометра.
Рис. 479. Установка для изучения закона рычага.
положений указателя. Проверить по клеткам на бумаге или посредством циркуля равенства полученных делений, соответствующих 10 Г. Разделить каждое из этих делений на десять равных частей. Проставить цифровые значения.
3)	Накладывая различное количество разновесок (например, 13 Г, 28 Г, 31 Г, 45 Г и т. д.), проверить соответствие показаний динамометра взятым весам грузов.
6.	Лабораторная работа III: Изучение законов трения.
Приборы и материалы:!) Трибометр Бакушинского. 2) Динамометр. 3) Гири, чугунные или керамические, в 50 Г, 50 Г, 100 Г, 200 Г.
1)	Поставить на плашку какой-либо груз, например, в 100 Г, и путём упражнений добиться выполнения правила III (см. выше) (рис. 481).
2)	Измерить силу тяги при различных нагрузках на плашку (50 Г, 100 Г, 200 Г) и проверить, насколько полученные резуль
£ 64, 7
471
таты позволяют заключить о прямой пропорциональности между силой трения и нагрузкой.
3)	Вычислить коэфициент трения для всех трёх случаев и найти среднее арифметическое его значение.
4)	Измерить силу тяги для одинаковой нагрузки (100 Г), взяв сначала большую плашку, затем меньшую и, наконец, сцепив «гуськом» обе плашки и поставив на каждую грузы по 50 Г
Рис. 481. Установка для изучения законов трения.
(т. е. 100 Г на две плашки). Выяснить, насколько полученные результаты позволят заключить о независимости силы трения от величины трущейся поверхности.
5)	Нагрузить плашку грузом в 50 У7 или в 100 Г и, придавая ей равномерное движение с различными скоростями, выяснить из показаний динамометра, можно ли на основании их сделать заключение о независимости силы трения от скорости движения.
7.	Лабораторная работа IV: Определение к. п. д. при подъёме груза по наклонной плоскости и посредством блока.
Приборы и материалы: 1) Динамометр. 2) Толстая линейка или доска (I— 80—100 см х). 3) Масштабная школьная линейка (I = 40—50 см). 4) Лабораторный штатив. 5) Блок на струбцинке (рис. 242). 6) Гири в 50 Г и в 100 Г.
А. Определение к. п. д. при подъёме груза по наклонной плоскости.
1) При помощи лабораторного штатива установить толстую линейку или доску, служащую наклонной плоскостью, примерно, под углом 45° к горизонту. Масштабную линейку поставить вертикально, как показано на* рисунке 482, и притом для упрощения вычислений так, чтобы либо длина наклонной плоскости, либо её высота выражались круглым числом сантиметров.
1)	Наиболее подходящими будут школьный демонстрационный метр или, что много дешевле, канцелярская линейка.
472
§ 04, 7
Рис. 482. Установка для определения к. п. д. при подъёме груза по наклонной плоскости.
Рис. 483. Установка для определения к. п. д. при подъёме груза посредством блока.
2)	Измерить длину (какого участка?!) наклонной плоскости и высоту.
3)	Поставить на плашку сначала гирю в 50 Г, затем в 100 Г и динамометром измерить силы тяги при равномерном движении плашки.
4)	Вычислить для обоих случаев (50 Г и 100 Г) работы подъёма груза на данную высоту—во-первых, по вертикали и, во-вторых, по наклонной плоскости. Найти к. п. д. для рассматриваемых случаев.
5)	Повторить опыт, укрепив плоскость под углом 60° к горизонту, но оставив высоту подъёма и величину грузов прежними. Найти к. п. д. для этого случая.
Б. Определение к. п. д. при подъёме груза посредством блока.
§ 64, 8; § 65, 1—2	т
1)	Собрать установку, изображённую на рисунке 483, укрепив блок на лабораторном штативе или, лучше всего, на раме.
2)	Определить силу тяги при подъёме груза (100 Г) посредством блока.
3)	Вычислить к. п. д. при подъёме груза посредством блока.
4)	Повторить опыт и вычисления, сильно увеличив трение в оси блока, что легко осуществить посредством завёртывания винта А в конусообразном подшипнике блока на струбцинке.
8.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторных работ по механике в 6 классе.
2)	Определить точное содержание лабораторных работ и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записей.
3)	Каким десятичным знаком следует ограничить вычисления учащихся при отыскании величины отношения длин плеч на рычаге?
4)	Вычислить величину наибольшей относительной ошибки при измерении коэфициента трения. Каким десятичным знаком следует ограничить вычисления?
5)	Каким образом осуществить сравнение силы трения по скольжению плашки по дереву, стеклу и железу?
6)	Зависит ли к. п. д. при подъёме груза по наклонной плоскости от выигрыша в силе?
Глава четырнадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕПЛОТЕ.
§ 65.	Лабораторные работы: Графики температур.
Методические указания — см. т. I, §§ 70 и 71. Изготовление приборов — см. т. III, § 36.
Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 28 и 49, 1.
1.	Методические замечания. Лабораторные работы по теплоте могут быть по технике выполнения разбиты на две группы. К одной группе принадлежат единообразные работы калориметрического характера (§ 66). К другой группе относятся работы, в которых учащиеся следят за изменением температуры воды и в некоторых случаях наблюдают постоянство температуры (при переходе тела из одного агрегатного состояния в другое). При этом строится график температуры. В семилетней школе возможно проведение двух работ: 1) наблюдение за изменением температуры воды, нагреваемой до кипения, и 2) наблюдение над нагреванием и плавлением твёрдого тела. Вторая работа по своей технике значительно более трудна для выполнения, и поэтому её возможно вынести во внеклассные занятия для наиболее интересующихся учащихся.
2.	Приборы. Приборы, потребные как для той, так и другой работы, крайне несложны. Нужны прежде всего лабораторные штативы (рис. 50), сетки (рис. 49), спиртовки (рис. 129) и хими

§ 05, 3
ческие стаканы ёмкостью в 200 см3. Следует применять обычные термометры лабораторного типа со шкалами из молочного стекла в пределах от 0° до 100°х> (рис. 106). Для работы по нагреванию и плавлению твёрдого тела следует применять нафталин, плавящийся, примерно, при 79°. Плавят его в пробирке более короткой, чем обычная, но более широкой. Такие пробирки имеются в продаже и стоят недорого. Пробирку нагревают в парах кипящей воды или помещают в другую, более широкую, которая опущена в нагреваемую воду. Прослойка воздуха (в 1—2 мм) между пробирками несколько замедляет теплопередачу от воды к нафталину, почему прогрев последнего совершается более равномерно, чем при непосредственном прогреве в одной пробирке (рис. 484). Для отсчётов времени рекомендуется по часам подавать сигналы электрическим звонком, что делается преподавателем или одним из учащихся.
3.	Правила измерения температуры термометром. Учащиеся должны соблюдать при работе с термометром следующие правила:
1.	Нельзя погружать холодный термометр в кипящую воду, так как он может лопнуть; следует сначала подержать его шарик в парах над кипящей водой и, когда он несколько прогреется, погрузить в воду.
II.	Отсчёт по термометру следует производить не тотчас, а по истечении некоторого времени после погружения термометра в жидкость.
III.	Нагреваемую жидкость, в особенности при калориметрических измерениях, необходимо перемешивать, так как без этого она может иметь в своих различных слоях разную температуру. Для перемешивания служат мешалки, но для этого же можно пользоваться термометром (осторожно!).
IV.	Само собой разумеется, что при измерении температуры жидкости отнюдь нельзя в целях удобства отсчёта вынимать из неё термометр2).
V.	При отсчётах по термометру во избежание ошибки на-параллакс глаз располагают на линии, перпендикулярной к поверхности шкалы и проходящей через вершину столбика ртути 3>.
г) В этих термометрах шкала имеет обычно деления на несколько градусов ниже 0° и выше 100°.
2) Это нередко делают учащиеся.
3) Правило имеет принципиальное значение.
4.	Лабораторная работа I: Наблюдение за температурой воды, нагреваемой до кипения.
Приборы и материалы:!) Лабораторный штатив. 2) Химический стакан. 3) Сетка. 4) Спиртовка. 5) Термометр. 6) Часы. 7) Клетчатая бумага.
1)	Собрать установку, показанную на рисунке 278, применяя лабораторный штатив, а не таган.
2)	После зажигания спиртовки через каждые полминуты или минуту (смотря по интенсивности горения и быстроте нагрева-ния воды) делать отсчёты по термометру. Отсчёты прекратить через 2—3 минуты после начала кипения.
3)	На основании полученных результатов построить график, показывающий изменение температуры воды, нагреваемой до кипения (см. т. 1, рис. 41).
5.	Лабораторная работа: Наблюдение за температурой нагреваемого твёрдого тела до и во время плавления.
Приборы и материалы:!) Лабораторный штатив. 2) Химический стакан. 3) Сетка. 4) Спиртовка. 5) Пробирка. 6) Термометр. 7) Нафталин. 8) Часы. 9) Клетчатая бумага.
1)	Собрать установку, показанную на рисунке 484. Гораздо удобнее пробирку, набитую почти доверху нафталином, поместить над поверхностью воды в стакане, заполненном примерно до половины.
2)	Зажечь спиртовку. Следить за началом плавления, прибегая к помощи мешалки А (рис.484, II). Начать отсчёты температуры нафталина, когда после кипения воды его температура достигнет 60—70°. При этом всё время следить за состоянием ’ нафталина, чтобы отметить начало плавления. Отсчёты прекратить, когда температура нафталина станет равной 84 — —85°.
3)	Вынуть пробирку из стакана и предоставить ему возможность остывать, делая при этом отсчёты по термометру через V2 минуты, и заме-
Рис. 484. Установка для наблюдения за температурой нагреваемого нафталина.
476
§ 65, 6; § 66, 1
тить начало и конец отвердевания. Отсчёты прекратить, когда температура нафталина упадёт, примерно’ до 75°.
4)	Построить графики изменения температуры, соответствующие процессам нагревания и остывания.
5)	Выяснить, одинаковую ли величину имеют температуры плавления и отвердевания.
6.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторной работы для учащихся 7 класса.
2)	Определить точное содержание лабораторной работы и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записей.
3)	По принятой форме записать результаты произведённых работ, прит ложить графики.
4)	Какое побочное 'явление качественного порядка наблюдается при нагревании воды до кипения? Как это явление следует использовать?
5)	Какой признак начала кипения? Где происходит образование пузырей пара? Какие изменения в объёме и почему претерпевает пузырь, поднимающийся на поверхность?
6)	Чем объясняется, что точка кипения у различных звеньев учащихся окажется неодинаковой и, следовательно, не равной 100э?
7)	Какие признаки следует указать учащимся для суждения о начале и конце плавления, а также о начале и конце затвердевания?
8)	Почему нужно осуществлять сравнительно медленное нагревание нафталина, а не быстрое, погрузив, например, пробирку в кипящую воду?
9)	Почему некоторые методисты рекомендуют отмечать температуры нафталина при его отвердевании, а не при его плавлении?
10)	Как вынуть термометр из застывшего нафталина?
§ 66.	Лабораторные работы: Калориметрия.
Методические указания — см. т. I, §§ 73—75, Изготовление приборов — см. т. III, §§ 38 -39. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 52—54.
1. Методические замечания. Вторая группа лабораторных работ по теплоте состоит из работ, единообразных по технике своего осуществления — из калориметрических измерен и й. Количество таких лабораторных работ весьма велико. К числу важнейших могут быть отнесены:
1)	определение к. п. д. нагревателя;
2)	смешение холодной и горячей воды (задача Рихмана);
3)	определение температуры тела;
4)	определение теплоёмкости твёрдого тела;
5)	определение теплоёмкости жидкости;
6)	определение теплоты плавления;
7)	определение теплоты парообразования. Измерения во всех этих работах сводятся к нахождению: величин масс (весов) с по
f 66, 2

Рис. 485. Калориметр из стакана с теплоизолирующей бумажной оболочкой.
е. сэкономит ухо-
мощью весов и к измерению температур до и после нагревания или охлаждения. Нет никакой возможности провести все эти лабораторные работы не только при классных, но даже и при внеклассных занятиях. Для постановки в классе можно ограничиться работами 1, 4 и 5. Работу 7, наиболее сложную по технике своего осуществления, следует отнести на кружковые занятия.
2. Приборы. Основным прибором для данной группы работ является калориметр. Практика показала, что нет надобности в применении калориметров, состоящих из двух сосудов. Вполне возможно в качестве калориметров применять тонкостенные чайные или химические стаканы. Для уменьшения потери теплоты стакан нужно обвернуть снаружи полосой толстой бумаги, например, обложкой от тетрадки, так, чтобы она окружила стакан полутора-двумя оборотами. Бумагу не следует плотно обвёртывать вокруг стакана; наоборот, важно, чтобы между ней и стенками оставался зазор в 1—1,5 мм толщиной, который и создаст достаточно хорошую теплоизоляцию (рис. 485). Поэтому не рекомендуется обвязывание бумаги бечёвкой. Поданным Бакушинского теплоизоляция бумагой «замедлит потерю тепла приблизительно в Р/2 раза, т.
дящей в окружающее пространство теплоты». Результаты, получаемые со стаканом, будут не хуже, а иногда и лучше, чехМ при употреблении специальных калориметрических сосудов. В особенности плохие результаты получаются при пользовании калориметрами из жести, выкрашенными краской. Таким образом, калориметры из двух сосудов, имеющиеся в продаже для школьных лабораторных работ, являются непригодными. Для работы на определение к. п. д. нагревателя следует из жести (консервная банка) заготовить цилиндр без дна и крышки, равный по высоте химическому стакану, но имеющий больший диаметр на 1—2 см. Такой цилиндр служит для уменьшения потерь теплоты. Для калориметрических работ следует применять обычные термометры лабораторного типа, описанные в § 15, 8. В употреблении термометров с делениями до десятых долей градуса при несовершенном калориметре нет никакой надобности. Для определения удельной теплоёмкости твёрдых тел в продаже имеются цилиндры, сделанные из различных металлов (рис. 474). Из остальных приборов для проведения лабораторных работ нужны: кастрюлька для нагревания воды, примус (рис. 128), сетки, таганы (рис. 49) и пр.
478
$ 66, 3
Рис. 486. Паросушители фабричного изготовления (I и II) и самодельный (III).
При работе на определение теплоты парообразования, кроме колб, служащих для получения пара, нужны паросушители, например, образца, показанного на рисунке 486, I и II, которые имеются в продаже; вполне возможно изготовление их своими силами (рис. 486, III).
3. Указания о работе с калориметром. При постановке работ по калориметрии надо выполнять следующие правила:
I.	Воды в калориметр следует наливать, примерно, на 2/3, т. е. около 150 г в стакан вместимостью в 200 см2.
II.	Тело, теплоёмкость которого измеряется, берут достаточно большой величины, весом в 100—120 г. При этом предпочтительнее применять вещества с большей удельной теплоёмкостью.
III.	Чем меньше воды налито в калориметр, тем выше поднимается температура «смеси». Однако, с возрастанием температуры увеличиваются потери теплоты калориметром. Наблюдения показали, что эти потери весьма неблагоприятно сказываются на результате, если температура поднимется на 12—15° С выше комнатной. Обычно рекомендуют подбирать тело с такой теплоёмкостью, чтобы увеличение температуры в калориметре получалось самое большое на 9—10°.
IV.	Тела, как в целях экономии горючего, так и для больших удобств1), следует нагревать для всех звеньев в одной кастрюльке с ручкой. К телам привязываются нитки, и каждая нитка отмечается ярлычком с номером.
1) Учащимся нет надобности вести нагревание самостоятельно, что упрощает их работу.
§ 66, 4—5
479
V.	Перенесение тела из нагревателя в калориметр должно осуществляться достаточно быстро —для уменьшения потерь теплоты при переноске. Обычно преподаватель подносит кастрюлю к столам учащихся.
VI.	Перемешивание воды в калориметре после погружения в него тела обязательно. Для этого можно пользоваться стеклянной или тонкой деревянной палочкой. Возможно также помешивание вести термометром, но это применимо при хорошо дисциплинированных и аккуратных учащихся.
VII.	За температуру «смеси» принимают ту наибольшую температуру, которая получается после погружения нагретого тела.
4.	Лабораторная работа I: Определение к. п. д. нагревателя.
Приборы и материалы: 1) Лабораторный штатив или таган. 2) Сетка. 3) Спиртовка. 4) Химический стакан с водой. 5) Весы Беранже или аптекарские. 6) Разновес. 7) Термометр. 8) Цилиндр из жести. 9) Картон.	‘
1)	Взвесить спиртовку до опыта и воду в стакане.
2)	Поместить стакан на сетку, укреплённую на штативе или помещённую на таган (рис. 49).
3)	Измерить начальную температуру воды.
4)	Зажечь спиртовку и довести воду до кипения. Как только вода закипит, спиртовку погасить и вновь взвесить, чтобы узнать количество сгоревшего спирта.
5)	Вычислить количество теплоты, выделенной спиртом при его сгорании.
6)	Вычислить количество теплоты, приобретённой водой.
7)	Вычислить к. п. д. нагревателя.
8)	Повторить опыт, поместив стакан внутрь жестяного цилиндра и закрыв его сверху листочком картона.
9)	Выяснить, как изменился к. п. д. при таком примитивном теплоизоляторе.
5.	Лабораторная работа П: Определение удельной теплоёмкости твёрдого тела.
Приборы и материалы: 1) Чайный или химический стакан (калориметр). 2) Термометр. 3) Мензурка. 4) Набор тел из различных металлов (рис. 474). 5) Кастрюля. 6) Спиртовка или примус. 7) Бумага для теплоизоляции калориметра. 8) Весы. 9) Разновес.
480
§ 66, 6—8
1)	Обвернуть стакан теплоизолирующей бумагой (рис. 485) и налить в него воду, отмерив её количество мензуркой.
2)	Взвесить на весах тело.
3)	Измерить начальную температуру воды в калориметре.
4)	Нагреть в кастрюле с водой тело, теплоёмкость которого измеряется, примерно, до 90—95° и, быстро перенеся его, опустить в воду калориметра (рис. 487).
Рис. 487. Установка для определения удельной теплоёмкости.
5)	Осторожно помешивая палочкой воду в калориметре, отметить наибольшую температуру «смеси».
6)	Вычислить количество теплоты, приобретённой водой, и отсюда, зная массу тела, найти теплоёмкость данного вещества.
7)	Сравнить полученный результат с «табличными» данными и вычислить величину относительной ошибки.
6	и 7. Лабораторные работы: Определение теплоты плавления и теплоты парообразования.
По описанию, данному в книге: Знаменский, «Лабораторные занятия по физике», часть II, §§ 167 и 176, проделать лабораторные работы.
8.	Вопросы к отчету студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторной работы для учащихся 7 класса.
2)	Наметить конкретное содержание лабораторной работы и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записи.
5 <&, 1
481
3)	Запись результатов измерения произвести по выработанной форме.
4)	Как выразится относительная ошибка, если учесть, что потери теплоты калориметром достигают 5Э4>?
5)	Какой значащей цифрой следует ограничивать вычисление удельной теплоёмкости и теплоты плавления?
6)	Какие меры могут быть предприняты для получения нагревателя с возможно большим к. п. д. (форма сосуда, вместимость, интенсивность пламени)?
7)	Какие виды сосудов должны быть розданы отдельным звеньям учащихся и какие даны указания, чтобы на основании сравнения полученных результатов можно было вывести заключение о необходимых мерах для повышения к. п. д.?
8)	Нужно ли считать работу несостоявшейся и вычисления невозможными, если учащийся перенесёт в калориметр из кастрюльки тело, «принадлежащее» другому звену?
9)	Почему количество воды, наливаемой в калориметр, рекомендуется в работе «Удельная теплоёмкость» отмерить мензуркой, а не определять посредством весов? В работе же «Определение теплоты плавления льда», наоборот, дано указание о взвешивании воды. Почему это так?
10)	Обязательно ли применение в приведённых работах аптекарских весов? Можно ли их заменить весами Беранже? С какой степенью точности можно производить взвешивание?
Глава пятнадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ.
§ 67. Лабораторные работы: Электрическая цепь.
Методические указания — см. т. I, § 94. Изготовление приборов — см. т. III, §§ 15 и 42. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 58 и 59.
1.	Методические замечания. Несмотря на свой качественный характер лабораторная работа «Электрическая цепь» имеет исключительно важное значение, практически знакомя учащихся с составлением электрических цепей. Начав с простейшего вида включений выключателя и лампочки или звонка, работу затем усложняют, предложив включить два приёмника последовательно, а затем —параллельно. В заключение в последнем случае производится введение в цепь выключателя так, чтобы он управлял сначала обеими лампочками, а затем —только одной из них. Указанная работа служит для ознакомления с принципиальной стороной составления электрической цепи. Не менее важное значение имеют последующие лабораторные работы, ставящие своей целью практическое ознакомление с простейшими схемами, применяемыми в установках электрического освещения, а также — изучение устройства различной монтажной аппаратуры (патронов, выключателей, предохранителей, штепсельных розеток, вилок и т. п.). Однако, для проведения всех этих работ нет времени в продолжение классных занятий, и поэтому часть их следует проводить в кружковом порядке. Эти работы в кружке, в соединении с изучением простейших ремесленных навыков по электро-31 Е. Н. Горячкин
482
§ 6?, 2
монтажу, дадут учащимся практические знания, необходимые при пользовании электрическим освещением как в условиях лаборатории, так и в быту. Крайне важно учащихся ознакомить с правилами составления электрических цепей и обращения с источниками тока, а также — с явлением короткого замыкания и его последствиями. Кроме того, необходимо поставить учащихся в известность, что электрический ток освещения на 120 V, а тем
Рис. 488. Панели для лампочки от карманного фонарика — фабричного изготовления (I) и самодельная (II).
Рис. 489. Ключ.
более на 220 V: 1) представляет собой реальную опасность для человеческой жизни и 2) при неправильном состоянии электропроводки может вызвать пожар. Задача преподавателя оказалась бы недовыполненной, если бы он при работах с электрическим током не добился от учащихся неуклонного выполнения требований техники безопасности и лабораторной культуры (см. §§ 4 и 5).
2.	Приборы. Для лабораторной работы «Составление простейших электрических цепей» нужны две панели для лампочек от карманного
фонарика, электрический
звонок и ключ. Так как па-
нелей для лампочек в продаже нет, то их приходится изготовлять своими силами. Для этого на квадратной дощечке (10 сжХЮ см) монтируют патрон для лампочки, имеющийся в продаже или самодельный (рис. 488).
Электрический звонок также необходимо смонтировать на угловой панели, подведя провода от него к клеммам (рис. 55). Простейший выключатель —ключ —имеется в продаже (рис. 489); впрочем, его нетрудно изготовить самостоятельно. На всех панелях наличие клемм обязательно, так как это сильно сократит время сборки цепей и, кроме того, обеспечит надёжность контактов. Для изучения основных схем электрического освещения, а также ознакомления с устройством различной арматуры раз
§ 67, 2
483
нообразные детали должны быть смонтированы на отдельных панельках и подводящие ток провода подведены к клеммам (рис. 490 и 491). Такой монтаж позволит не только быстро собрать ту или иную схему и обеспечить при соединениях надёжные контакты, но также гарантирует от коротких замыканий. Если же пользоваться деталями без их предварительного монтажа на панелях, то зарядка их займёт столько времени, что на практическое изуче-
I	II
Рис. 490. Монтаж установочных деталей на панелях. I — выключатель;
II —переключатель.
ние схем придётся потратить несколько часов. Все соединения панелей между собой совершенно необходимо производить проводами от шнура электрического освещения с вилочками на концах (рис. 289, I и § 41, 3). Соединения учебных Схем посредством проводов с бумажной изоляцией недопустимо, как во избежание коротких замыканий, так и из-за опасности поражения током. Для изучения схем электрического освещения монтируют следующие детали:
	Количество	Рисунок
Предохранители, пробочные	4	491, II
Потолочная розетка с подвесным патроном	1	
Патрон, стенной	1	
Патрон, иллюминационный	1	491, I
Выключатель	1	490, I
Переключатель, люстровый	1	490, II
Переключатели, коридорные	2	491, III
Розетка штепсельная	1	
Вилка со шнуром (1—1,5 м)	1	
31*
484
§ 67. 3
Более подробные сведения о монтаже деталей и применении их можно найти в книге Горяч кина, «Проводка» и т. III, § 15.
Источником тока служит батарея из двух-трёх гальванических элементов типа Лекланше: МВД или наливные «Геркулес»
(рис. 121—124) (§ 17, 5—7). Возможно также применение батареи аккумуляторов с напряжением в 4 V (трёх щелочных или двух кислотных) (§17, 2 и 3). Для проверки электрических схем освещения приходится пользоваться током от осветительной сети.
Рис. 491. Монтаж различных установочных деталей на панелях: I — иллюминационный патрон, II — пробочный предохранитель; III —штепсельная розетка.
3.	Правила составления электрической цепи. Правила изложены подробно в § 41, 2. Здесь же вновь приводятся те основные правила, которые должны быть преподаны учащимся:
I.	При сборке электрической цепи источник тока совершенно необходимо включать последним, т. е. надо сначала сделать соединения всех приборов между собою и только после этого произвести присоединение к источнику.
§	4
485
II.	Присоединение источника тока к собранной схеме может быть произведено только после проверки схемы соединении преподавателем и после полученного от него разрешения.
III.	При разборке электрической цепи источник тока отсоединяют обязательно самым первым и только после этого разъединяют остальные приборы.
IV.	Все соединения приборов надлежит делать хорошо изолированными проводами, заделанными на концах вилочками (рис. 289, I).
V.	Приборы располагают на столе так, чтобы не было перекрещиваний соединительных проводов (рис. 492). Если же нельзя избегнуть перекрещиваний, надо допустить их наименьшее количество. •
VI.	Ни в коем случае нельзя делать каких-либо переключений проводов под током. Надо выключить ток, отсоединив оба полюса источника тока, и только тогда произвести переключение.
4. Лабораторная работа: €о ста вл ени е простейших электрических цепей.
Приборы и материалы: 1) Два-три гальванических элемента или аккумулятора. 2) Два патрона с лампочками от карманного фонарика. 3) Электрический звонок. 4) Два ключа (рис. 489). 5) Провода для соединений.
Рис. 492. Правильное расположение приборов.
I. Простейшая электрическая цепь.
Составить электрическую цепь из лампочки и ключа (рис. 493, I). Затем заменить лампочку звонком. Убедиться в действии лампочки и звонка; в случае надобности отрегулировать звонок до получения звона без треска.
486
$ er, 5
II.	Последовательное включение приёмников. Составить цепь из ключа и двух лампочек, включив их последовательно (рис. 493, II).
III.	Параллельное включение приёмников. Составить цепь из двух лампочек (рис. 493, III) и ключа,
включив его сначала так, чтобы он в одном случае включал и
Рис. 493. Схемы простейших электрических цепей.
выключал обе лампы и в другом — только одну из них.
IV.	Параллельное включение выключателей. Составить цепь из звонка и двух ключей для осуществления вызова из двух мест (рис. 493, IV).
5. Лабораторная работа: Электрические цепи освещения.
Приборы и материалы: 1) Потолочная розетка. 2) Патроны — стенной и иллюминационный. 3) Штепсельная розетка. 4) Выключатель. 5) Шнур с вилкой. 6) Провода для соединений.
I.	Параллельное включение ламп.
1)	Изучить устройство патронов—подвесного, стенного и иллюминационного, а также потолочной розетки (Горячкин, «Проводка»).
2)	Собрать схему, включив параллельно между собой два патрона с лампочками, и опробовать её под током.
3)	Поставив в потолочную розетку предохранительную проволочку (можно медную, но не толще 0,15—0,2 мм), вызвать ко
Рис. 494. Выполнение из деталей сложной схемы "электрического освещения.
£ 67, 6; § 68, 1
487
роткое замыкание в подвесном патроне и сжечь предохранитель, предварительно сняв крышку с розетки.
II.	Цепь с выключателем.
1)	Ознакомиться с устройством установочного выключателя, штепсельной розетки и вилки (см. Горячкин, «Проводка»),
2)	Собрать цепь сначала из одной лампы А и выключателя В (рис. 492), азатем усложнитьеё включением штепсельной розетки С так, чтобы выключатель не действовал на последнюю (рис. 495, I). Изготовить предохранитель из полоски станиоля (шириной в 3—4 мм) и поставить его в штепсельную розетку. Штепсельную розетку проверить, приключив к ней стенной патрон с лампочкой.
III.	Включение предохранителей.
1)	Ознакомиться по описанию (Горячкин, «Проводка») с устройством пробочного предохранителя и пробок, а также группового предохранительного щитка.
2)	Собрать простейшую цепь из лампочки, выключателя и двух предохранителей (рис. 495, II).
3)	Собрать групповой щиток из двух предохранителей и двух ламп (рис. 495, III).
IV.	Цепи с переключателями.
1)	Ознакомиться по описанию (Горячкин, «Проводка») с устройством люстрового и коридорного выключателей.
2)	Собрать схему из трёх-четырёх лампочек и люстрового переключателя А (рис. 495, IV).
3)	Собрать схему из одной лампочки и двух коридорных переключателей Л для управления лампочкой из двух мест (рис. 495, V).
4)	Собрать сложную схему, состоящую из двух самостоятельных группировок по образцу рисунка 494.
6.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторной работы для учащихся 7 класса.
2)	Наметить конкретное содержание лабораторной работы и выработать инструкцию для учащихся.
§	68. Лабораторные работы: Электрические измерения.
Методические указания — см. т. I, §§ 95—99.
Изготовление приборов — см. т. III, §§ 43—45.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 61—63.
1.	Методические замечания. Если некоторые навыки по измерению длин, площадей и весов могут быть приобретены каждым вне школы ещё в обычных бытовых условиях, то с электрическими измерениями учащиеся знакомятся исключительно в школе при лабораторных занятиях. Электрические измерения в лабораторных работах ограничиваются применением двух основных измерительных приборов: вольтметра и амперметра (рис. 112). Однако, с этими приборами можно провести сравнительно значитель-
Рис. 495. Схемы электрического освещения.
IV
£ 68, 2
489
ное количество работ: 1) постоянство силы тока во всех точках неразветвлённой цепи; 2) зависимость сопротивления от вещества, длины и сечения проводника; 3) закон Ома для участка цепи, 4) измерение сопротивления; 5) определение мощности приёмника тока; 6) определение теплового эквивалента тока (закон Джоуля-Ленца); 7) проверка показаний амперметра по отложению меди (электрохимический эквивалент).
Все эти работы по методике и технике своего выполнения могут быть разделены на две основные группы.
К первой группе относятся работы 1,2 и 7, в которых производится определение силы тока. Ко второй группе принадлежат работы 3, 4 и 5, которые сводятся к совершенно единообразным измерениям при помощи вольтметра и амперметра и различаются лишь по своим операциям вычислительного характера. Шестая работа на закон Джоуля-Ленца, если сопротивление нагревателя задано, приводится к первой группе, т. е. к измерению силы тока, или же ко второй группе, если производится измерение напряжения и силы тока согласно формуле Q=0,24 UJt.
Наиболее сложными для постановки и проведения являются работы пятая и шестая, в которых, кроме измерения электрических величин и времени, проводятся: в пятой —весовое определение количества выделившейся на аноде меди и в шестой—измерения калориметрического характера.
Проведение этих двух работ при занятиях в классе нельзя признать обязательным; вполне допустимо организовать их на внеклассных занятиях по физике для наиболее интересующихся учащихся. Следует иметь в виду, что для второй работы (изучение сопротивления) от учащихся требуется большая осторожность, чтобы при включении медного проводника не вызвать явления, близкого к короткому замыканию, что возможно также при изучении зависимости сопротивления от длины провода. Поэтому эту лабораторную работу рационально не ставить и ограничиться демонстрацией опыта, описанного в § 45, 9 (рис. 326).
2.	Приборы. Основными являются измерительные приборы — вольтметр и амперметр, выпускаемые Главучтехпромом под названием школьных лабораторных (см. § 15, 11 и рис. 112). Работа «Постоянство силы тока в цепи» нуждается, кроме амперметра, в приборах, применяемых при составлении простейшей электрической цепи, т. е. в батарее элементов или аккумуляторов, в ключе и панельке с лампочкой от карманного фонарика. Эти же приборы с добавлением вольтметра можно применить для определения мощности и сопротивления.
Для работы на закон Ома полезен прибор, состоящий из четырёх клемм на дощечке, между которыми натянуты провода с сопротивлениями: первое —в 1 ом и второе и третье одинаковые, по 2 ома. Тогда включения к различным клеммам позволят получить сопротивления в 1, 2, 3, 4 и 5 омов (рис. 496).
490
§ в#, 2
В работе по определению электрохимического эквивалента можно воспользоваться крышкой и медными пластинами от прибора по электролизу Горячкина (см. § 44, 2 и рис. 310) или же изготовить своими силами нрибор, рекомендуемый Бакушин-ским (рис. 497).
Рис. 496. Прибор лабораторного типа для изучения сопротивления проводников.
В качестве нагревателя в работе на закон Джоуля-Ленца, в случае применения батареи аккумуляторов, можно воспользоваться соответствующими деталями (крышка, держатели и спирали) из прибора" по электролизу Горячкина. В качестве калориметра в этом случае берут чайный стакан с теплоизоляцией из
Рис. 497. Прибор для определения Рис. 498. Прибор для определения электрохимического эквивалента по теплового эквивалента по Б а к у-Бакушинскому.	шинскому.
обёрточной бумаги (§ 66, 2). При пользовании двумя элементами Лекланше, в особенности типа МВД или «Геркулес», выгоднее устроить спиральку из никелинового провода (d=0,3— 0,5 мм), подвесив её к дощечке посредством двух толстых медных проволок. При двух элементах следует взять спиральку с сопротивлением около 1 ома с тем, чтобы приблизиться к осуществлению равенства между сопротивлением внешней цепи и внутренним сопротив
§ 68, 3
491
лением источника тока (рис. 498 и 499). В качестве калориметрического сосуда для этой спиральки применяют маленький тонкостенный стаканчик для вина (лафитник, стопка). Жидкостью в калориметре служит керосин, который имеет меньшую удельную теплоёмкость, нежели вода, и потому обеспечивает более значительное повышение температуры при одинаковом количестве выделенной током теплоты по сравнению с водой. Для поддержания определённой силы тока в работах 6 и 7 необходимо в цепь вводить реостат с подвижным контактом и с сопротивлением в 5 омов (§ 43, 5) (рис. 306).
3.	Правила включения вольтметра и амперметра. Кроме неукоснительного выполнения правил, изложенных в работе пей» (§ 67, 3), учащиеся должны
Рис. 499. Прибор для определения теплового эквивалента из набора по электролизу.
«Составление электрических це-соблюдать следующие правила:
I.	Если около клемм измерительных электрических приборов проставлены знаки полюсов Ц-и—, то прй включении в цепь к клемме «плюс» должен подключаться провод от положительного полюса источника тока и к клемме «минус» — от отрицательного.
II.	Вольтметр присоединяется, параллельно, к тем двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение1).
III.	Амперметр ни в коем случае нельзя включать параллельно источнику тока,что приведёт к короткому замыканию и к гибели прибора. Амперметр включают последовательно с тем прибором, через который проходит измеряемый ток.
И Вольтметр, включённый в цепь последовательно, благодаря своему значительному внутреннему сопротивлению понизит ток в цепи до ничтожных долей ампера (при напряжении источника в несколько вольт) и не даст возможности получить больший ток.
492
$ 6$, 4-5
IV.	Вблизи вольтметра и амперметра Главучтехпрома лабораторного типа (рис. 112) нельзя помещать магнитов, во избежание неверных показаний приборов (§ 15, И).
V.	Вольтметр и амперметр указанного типа нельзя по той же причине располагать друг к другу ближе, чем на 3—5 см.
4.	Лабораторная работа I: Постоянство силы тока во всех точках неразветвлённой цепи. Измерение мощности и сопротивления.
Приборы и материалы: 1) Вольтметр. 2) Амперметр (рис-. 112). 3) Панелька с лампочкой от карманного фонарика. 4) Ключ. 5) Батарея из двух элементов- или аккумуляторов. 6) Соединительные провода.
Рис. 500. Схема установки для лабораторной работы «Постоянство силы тока во всех точках неразветвлённой цепи».
1)	Собрать схему, показанную на рисунке 500, и, включая амперметр в различные участки цепи, произвести измерения силы тока. Выяснить, позволяют ли результаты заключить о постоянстве тока во всех точках неразветвлённой цепи.
2)	Измерить напряжение, включив в той же схеме вольтметр к клеммам лампочки, а также измерить силу текущего тока (рис. 501). На основании полученных данных вычислить сопротивление лампочки и потребляемую ею мощность.
5.	Лабораторная работа II: Закон Ома для участка цепи.
Приборы и материалы:!) Вольтметр. 2) Амперметр. 3) Панелька с сопротивлениями (рис. 496). 4) Ключ. 5) Батарея из двух-трёх элементов или аккумуляторов. 6) Соединительные провода.
§ 68, 6
493
1)	Собрать схему, показанную на рисунке 502, пз батареи, ключа, амперметра и панельки с сопротивлениями, включив на ней сопротивление в 1 ом. Присоединив вольтметр к клеммам этого сопротивления, измерить напряжение. Определить силу тока.
2)	Повторить подобные же измерения, вводя в цепь сопротивления в 2, 3, 4 и 5 омов.
3)	На основании полученных числовых значений проверить, насколько они соответствуют закону Ома.
Рис. 502. Схема электрической цепи для изучения закона Ома.
Рис. 503. Схема установки для проверки показаний амперметра по выделению меди.
6.	Лабораторная работа III: Проверка показаний амперметра по выделению меди.
П р и б о р.ы и материалы: 1) Амперметр (рис. 112). 2) Прибор Бакушинского (рис. 497). 3) Реостат с движком на 5 омов (рис. 306).
494
J 68, 7—8
4) Батарея из двух аккумуляторов или элементов. 5) Аптекарские весы (рис. 95). 6) Разновес. 7) Часы. 8) Раствор сернокислой меди. 9) Соединительные провода.
1)	Приготовить насыщенный раствор сернокислой меди (медного купороса).
2)	Взвесить внутреннюю спираль из прибора Бакушинского с точностью до 10 мг. Сделать её катодом при включении в цепь.
3)	Собрать схему, показанную на рисунке 503, из прибора Бакушинского С, реостата R с движком (5 омов), амперметра А и батареи В. Провода к батарее пока не включать. Заполнить стаканчик раствором сернокислой меди и погрузить в него спираль.
4)	Поставив движок реостата на наибольшее сопротивление, включить на возможно более короткое время ток и, наблюдая показания амперметра и перемещая движок, довести силу тока до 0,8—1 А. Ток большей силы брать нельзя, так как при взятом катоде выделяющаяся медь станет отпадать. Установленную силу тока необходимо поддерживать постоянной в продолжение всего опыта.
5)	Заметив по часам время, пропускать ток в течение 10—15 минут, тщательно следя за неизменностью силы тока и в случае надобности смещая движок реостата.
6)	Окончив опыт, вынуть катод, высушить его и взвесить на весах, чтобы определить количество выделившейся меди.
7)	На основании данных—электрохимического эквивалента, веса выделившейся меди и времени — вычислить сначала количество протекшего электричества, а затем соответствующую силу тока. Сравнить вычисленную величину с силой тока, измеренной амперметром.
7.	Лабораторная работа IV: Сравнение количества теплоты, выделенного током на опыте, с ожидаемым по расчёту.
Воспользовавшись описанием, приведённым в книге Бакушинского «Организация лабораторных работ по физике», часть I, проделать работу 7 (стр. 62).
8.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевую установку лабораторных работ с измерительными приборами для учащихся 7 класса.
2)	Определить конкретное содержание лабораторных работ и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записи. Данные, полученные в лабораторных работах, записать по выработанной форме.
3)	Имеет ли значение, если в лабораторной работе «Постоянство силы тока» применять амперметр, дающий неверные показания?
4)	Почему сопротивление данной электрической лампочки зависит от силы текущего тока?
5)	Как проще всего высушить катод из прибора Бакушинского?
6)	Почему при определении наибольшей относительной ошибки в лабораторной работе «Проверка показаний амперметра» можно ограничиться нахождением ошибки при взвешивании, не учитывая ошибку при измерении времени?
§ 69, 1—2
495
7)	Определить наибольшую относительную ошибку для работы «Проверка показаний амперметра». Каким десятичным знакОхМ следует ограничить вычисление силы тока (см. Бакушинский, «Организация лабораторных работ», стр. 62).
§ 69. Лабораторные работы: Магнетизм. Электромагнетизм.
Методические указания — см. т. I, §§ 100 и 101. И зготцв л е н ие приборов — см. т. III, §§ 46—48. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 65 и 66.
1.	Методические замечания. Работы по магнетизму и электромагнетизму носят качественный характер. Работа с магнитами представляет значительный интерес для учащихся, несмотря на то что они проделывают в сущности те же опыты, которые были уже им показаны учителем. Количество опытов по магнетизму весьма велико; наиболее существенными являются: определение магнитного меридиана по магнитной стрелке (компас), взаимодействие магнитных полюсов, магнитные спектры и намагничивание. Весьма рационально, раздав учащимся на руки по магниту и по магнитной стрелке, предложить им проделать дома ряд опытов, в том числе деление магнита на части (излом спиц, стальных перьев и т. п.); составление магнита из частей и др., а также воспользоваться магнитом для определения, какие металлические вещи в домашнем обиходе сделаны из железа и стали и какие пет. Нет'сомнения, что любознательность самих учащихся заставит их произвести много интересных опытов по своему усмотрению. Не бесполезно показать забавы: вынимание железного предмета из бутылки с водой (см. Ф. Э., т. III, § 39, И) и общеизвестную игру «учёный жучок».
По электромагнетизму работы сводятся к включению электромагнита в цепь батареи, к определению его полюсов и к изучению действия самодельного моторчика (рис. 506).
2.	Приборы. Для проведения лабораторной работы по магнетизму наилучшим является набор, выпускаемый Главучтехпро-мом (см. §47 и рис. 342). Из этого набора нужны: U-образный магнит; набор диамагнитных и парамагнитных тел (брусочков); два прямых магнита; магнитная стрелка; сито с железными опилками; лист картона. Все перечисленные предметы можно приобрести в магазинах отдельно от набора, что значительно сократит расход. Железные опилки возможно достать в любой слесарной мастерской. Их следует промыть от жира и грязи при помощи бензина или горючей смеси для автомобиля и высушить. Возможно также применение чугунных раздробленных молотком стружек от станка. Кроме того, нужны компасы и какие-нибудь карты военного образца (рис. 504 и 507).
Так как преподаватель должен уметь закреплять магнитные спектры для их последующей демонстрации, то дальше даны соответствующие указания. Для закрепления спектров применяется
496
? 69, 2
обыкновенная бумага, пропитанная парафином. Для этого расплавляют парафин на сковородке или в прямоугольном корытце и в него погружают лист бумаги, который тотчас же вынимают.
Факел для прогревания парафинированной бумаги делают
Рис. 504. Школьный компас.
из лучинки или кусочка проволоки, намотав на их конец небольшое количество ваты (рис. 505).
Рис. 505. Закрепление магнитных
спектров.
Для работ по электромагнетизму нужен небольшой железный болт (с гайкой), обмотанный звонковой проволокой или, лучше, более тонкой—диаметром в 0,5 мм (100—200 витков) (рис. 362). Крайне полезно изготовить своими силами
Рис. 506. Электромоторчик для лабораторной работы. (I) и схема его включения (II).
модель простейшего электромоторчика, устройство которого показано на рисунках 381 и ,506. Материалы для его выполнения весьма просты: жесть от консервной банки, железный гвоздь с удалённой шляпкой, кусочек резиновой трубки, листочки тонкой листовой меди (для коллектора), латунные или медные полоски и два-три метра провода диаметром в 0,3 мм. Об изготовлении моторчика —см. т. III, § 48. Нужное количество моторчиков можно изготовить силами учащихся в кружке и затем хранить для применения в последующие годы.
В качестве источника тока при работе по электромагнетизму следует брать батарею из двух-трёх элементов МВД или типа«Герку-лес>(рис. 121—123) (см. § 17, 7) или аккумуляторов (рис. 117 и 118).
§ 69, 3—4
497
3.	Правила ^обращения с магнитами. Перед лабораторной работой учащимся должно сообщить следующие правила:
I.	Нельзя допускать падения магнитов на пол и сильных ударов по ним во избежание размагничивания.
II.	При работах с магнитной стрелкой по изучению взаимодействия полюсов следует подносить к ней магнит осторожно сбоку, чтобы не допустить непосредственного соприкосновения полюсов.
III.	Нельзя прикладывать одноимённые полюсы магнита и стрелки друг к другу, если их другие полюсы остаются свободными, т. е. также не приведены в соприкосновение. Магнитная стрелка при этом перемагнитится.
IV.	Синяя окраска соответствует северному полюсу и красная — южному, но иногда такое соотношение у магнитных стрелок может оказаться нарушенным вследствие пере-магйичивания их.
V.	При уборке магнитов после работы их разноимённые полюсы нужно соединять посредством железных якорей (рис. 343, I и II).
VI.	Хранение прямых магнитов, наложенных друг на друга одноимёнными полюсами, возможно, но нежелательно; складывание же разноимёнными полюсами без промежуточных якорей поведёт к размагничиванию.
4.	Лабораторная работа I: Взаимодействие полюсов. Компас.
Приборы и материалы: 1) Магниты — прямой и U-об-разный. 2) Штатив. 3) Магнитная стрелка на штативе. 4) Стальная вязальная спица или полотно от ножовки. 5) Плоскогубцы. 6) Карта военного об' разца. 7) Компас. 8) Железные опилки.
1)	Определить по магнитной стрелке направление магнитного меридиана и отметить его на схематическом плане помещения.
2)	Ориентировать карту по компасу и, задавшись положением в точке Л, найти направление движения по компасу в точку В (рис. 507).
3)	Показать взаимодействие полюсов при помощи магнитной стрелки и прямого магнита. Обнаружить то же, подвесив прямой магнит на нитке к деревянной стойке (рис. 353).
4)	Намагнитить стальную вязальную спицу или старое полотно от ножовки согласно указаниям, данным в § 47.
32 Е. Н. Горячкин
498
# «Я 4
5)	Производить при помощи плоскогубцев перелом спицы и её частей каждый раз пополам. Убедиться посредством магнитной стрелки и по притяжению железных опилок, что каждая часть является магнитом с разноимёнными полюсами на концах.
« 6.9, 5-6
499
5.	Лабораторная работа II: Магнитные спектры.
Приборы и материалы:!) Магниты — два прямых и один U-образный. 2) Сита и опилки, мелкие и крупные. 3) Парафинированная бумага. 4) Лучинка. 5) Денатурированный спирт. 6) Вата. 7) Деревянные брусочки.
1)	Накрыть прямой магнит листом парафинированной бумаги или картона, засыпать его возможно более равномерно сначала мелкими, а затем более крупными железными опилками, постучать по нему пальцем и получить магнитные спектры. Сравнить, какие опилки —крупные или мелкие —дают лучшую картину поля.
2)	Взять два прямых магнита и, обратив их сначала разноимёнными и затем одноимёнными полюсами друг к другу, накрыть листом парафинированной бумаги, подложив деревянные брусочки во избежание её прогиба на краях. Засыпать лист бумаги железными опилками из сита, стремясь к равномерному их распределению. Лёгким постукиванием пальца по бумаге получить магнитные спектры. То же сделать для U-образного мат нита.
3)	Овладев техникой получения спектров, т. е. научившись получать совершенно ясное, без перерывов расположение силовых линий, поднести сверху к одному из спектров зажжённый факел (лучинка с ватой на конце, смоченной денатурированным спиртом) и для закрепления прогреть все участки спектра (рис. 505).
6.	Лабораторная работа III: Электромагнит. Изучение действия электромоторчика.
Приборы и материалы: 1) Железный болт с гайкой. 2) Про вод толщиной в 0,3—0,5 мм. 3) Магнитная стрелка. 4) Мелкие железные гвозди или шурупы. 5) Самодельный электромоторчик (рис. 506). 6) Батарея из 2—3 элементов или аккумуляторов. 7) U-образный магнит. 8) Реостат с движком (рис. 306). 9) Провода для соединений.
1)	На железный болт между его головкой и гайкой намотать 100—200 витков изолированного провода. Полученный электромагнит подключить к батарее из 2—3 элементов. Пользуясь магнитной стрелкой, определить его полюсы и проверить мнемонические правила плывущего человека и правой руки (см. т. 1, рис. 223).
2)	Поднести один из полюсов электромагнита к мелким железным предметам (гвозди, шурупы, шарики) и получить притяжение их. Выключив ток, вызвать отпадение всех этих предметов (рис. 362).
3)	Расположить якорь самодельного электромоторчика между полюсами U-образного магнита. Включить моторчик М к батарее В из 2—3 элементов через реостат R с движком (рис. 506, I и II) и, изменяя введённое в цепь сопротивление, получать различную скорость вращения якоря.
32*
500
§ 6.9, 7; $ TO, 1
4)	Переменить сначала направление тока в якоре электромоторчика, а затем, повернув магнит на 180°, изменить направление силовых линий магнитного поля. Выяснить, каким образом эти изменения сказываются на направлении вращения якоря.
5)	Включить в цепь амперметр (рис. 112) и, подтормаживая пальцем якорь, убедиться в возрастании силы тока.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевую установку лабораторных работ по магнетизму и электромагнетизму для учащихся 7 класса.
2)	Определить конкретное содержание лабораторных работ и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записи.
3)	Какие работы и наблюдения с компасом могут быть рекомендованы для домашней лабораторной работы (в частности по отношению к положению Солнца в различные часы дня)?
4)	Почему при пользовании сильными магнитами для .получения спектров образуются «плешины» около полюсов, в то время как опилки,расположенные дальше от последних, дают отчётливую картину поля?
5)	Какими простыми расчётами можно определить для данного источника тока наивыгоднейшее число витков обмотки электромагнита?
6)	Почему перемена направления тока через обычный электромотор не вызывает изменения направления вращения, как ,это наблюдалось в самодельном электромоторчике?
'7) Сделать рисунки типичных магнитных спектров (см. т. IV, рис. 283 и 284).
Глава шестнадцатая.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ОПТИКЕ.
§ 70.	Лабораторные работы: Отражение и преломление света.
Методические указания — см. т. I, §§ 108—110. Изготовление приборов — см. т. III, §§ 52 и 53. Рисунки по теме — см. т. IV, §§ 71, 73, 74.
1.	Методические замечания. Целью работ является наблюдение явления преломления при прохождении светового луча через границу двух сред. Достигается это при помощи чрезвычайно простого способа—посредством провешивания булавками линии хода светового луча. В результате опытов получаются ломаные линии, которые не только показывают ход луча сквозь прозрачную среду с границами той или иной формы (плоско-параллельная пластинка, призма, цилиндрические линзы и т. п.), но и позволяют произвести измерение коэфициента преломления (рис. 514). Способ булавок даёт возможность изучить также законы отражения света от зеркал —плоского и цилиндрических (вогнутого или выпуклого). Количество лабораторных работ, которые могут быть проведены способом булавок, весьма значительно. Так, например, возможно поставить лабораторные работы: 1) отражение от плоского зеркала; 2) отражение от вогнутого и выпуклого
§ ГО, 2
501
зеркала; 3) преломление света на границе воздух — вода; 4) ход лучей сквозь плоско-параллельную пластинку; 5) ход лучей сквозь призму; 6) ход лучей сквозь цилиндрические линзы: выпук-
лую и вогнутую и т. п.
Все эти работы требуют от учащихся, кроме аккуратности и терпения, некоторых элементарных навыков по чертёжному делу, только при этих условиях работы дадут надлежащие результаты. Поэтому проведение од-
Рис. 510. Призма для лабораторных работ.
Рис. 511. Плоско-параллельная пластинка.
Рис. 509. Прибор для изучения преломления света на границе воды.
только при условии, если преподаватель сумел надлежащим образом воспитать и подготовить учащихся. Постановку этих интересных и важных работ, если они окажутся не осуществлёнными в классе, надо рекомендовать для кружковых занятий по физике. Возможно также, раздав призмы и пластинки на руки учащимся, поручить выполнение той или иной работы дома.
2.	Приборы. Для изучения закона отражения света нужна полоска плоского зеркала (длинойв 9—10 см и шириной в 2—3 см). Такие полоски (срезки) можно очень дёшево приобрести в магазине, торгующем зеркалами. Полоску прикрепляют при помощи воска или сургуча к деревянному брусочку так, как это показано на рисунке 508. Важно, чтобы нижний край зеркала, которым оно прикасается к поверхности стола, был ровным и не имел выбоин. Подобное зеркало входит’в набор деталей для шайбы Гартля. Другие детали от той же шайбы — вогнутое и выпуклое цилиндрические зеркала —также можно применить для изучения хода лучей (рис. 436). Для наблюдения преломления света при переходе из воздуха в воду берут обыкновенный чайный стакан и вырезают из фанеры дощечку К так, чтобы она, будучи вставлена в
502
S ГО, 3
стакан, более или менее плотно держалась в нём (рис. 509). Заготовленные дощечки, во избежание порчи их от воды, полезно окраЪить жидкой масляной краской. Кроме того, для лабораторных работ необходимо приобрести существующие в продаже стеклянные пластинки с плоско-параллельными стенками и призмы (рис. 510 и 511). Для построения хода лучей через линзы надо воспользоваться цилиндрическими линзами из набора к шайбе Гарт-ля. Так как выполнение чертежа на бумаге, положенной непосредственно на школьный стол, встречает помехи от шероховатостей его поверхности, а булавки плохо вкалываются и не держатся, то надо изготовить из клеёной фанеры прямоугольники размером, примерно, 20 сз«Х25сл«. Булавки (по 8—10 булавок на комплект) надо подобрать возможно более тонкие и острые; особенно хороши булавки энтомологические, служащие для накалывания насекомых при составлении коллекций.
3.	Лабораторная работа I: «Угол падения равен углу отражения».
Приборы и материалы: 1) Плоское зеркало. 2) Фанерная дощечка. 3) Угольник. 4) Транспортир. 5) Булавки. 6) Бумага. 7) Карандаш.
При этой и дальнейших работах обратить особое внимание на выполнение чертежа. Черчение следует производить тонко очи-нённым чертёжным ка-рандашом при помощи
I	хорошей линейки и
притом так, чтобы про-----водимые линии прохо-
/и	у	Дили совершенно точно
через наколы булавок на бумаге.
1)	Накрыть дощечку листом чистой бумаги Рис. 512. Установка для изучения закона и прочертить на по-отражения света.	следней хорошо заост-
рённым твёрдым карандашом две взаимно перпендикулярные линии АВ и CD (рис. 512 и 513). В точку пересечения С линий воткнуть булавку и приставить к ней плотно зеркало S, расположив его край вдоль линии АВ.
2)	Воткнуть в произвольном месте булавку Е и затем, смотря со стороны булавки Е, воткнуть третью булавку F в таком месте, чтобы булавки Е и С и изображение булавки F казались лежащими на одной прямой линии.
3)	Снять зеркало и булавки и, соединив точки Е и F с точкой С, убедиться при помощи транспортира, что углы ECD и FCD равны между собой.
5 70, 4
503
4)	Повторить опыт два-три раза, вкалывая булавку Е так, чтобы угол падения ECD оказывался иным, чем в предыдущем случае.
4.	Лабораторная работа II: Преломление луча света на границе воздух—вода.
Приборы и материалы: 1) Чайный стакан. 2) Фанерная дощечка. 3) Угольник. 4) Транспортир. 5) Булавки. 6) Карандаш. 7) Фильтровальная бумага. 8) Пипетка.
1)	Фанерную дощечку поместить в стакан с водой (рис. 509) и карандашом сделать отметку уровня жидкости. Вынуть дощечку и по сделанным отметкам прочертить на ней карандашом ясно видимую прямую АВ (рис. 514).
Рис. 513. Отражение лучей от плоского зеркала.
Рис. 514. Преломление луча на границе воздуха и воды.
В середину этой линии вколоть булавку С и ниже — вторую булавку D.
2)	Вновь опустить дощечку в воду и убедиться, что булавка С располагается точно на границе воздуха и воды; в противном случае посредством пипетки долить или отлить некоторое количество воды.
3)	Поместив глаз по направлению луча СЕ (рис. 514), вколоть булавку Е, чтобы булавки Е, С и D казались расположенными на одной прямой.
4)	Вынув дощечку, обсушить её фильтровальной бумагой. Соединить точки Е,С и D прямыми линиями. Построить при помощи угольника перпендикуляр FF к линии АВ в точке С и сравнить транспортиром углы паденйя ECF и преломления DC FT"
5)	Повторить опыт, взяв угол DCF сначала больше, а затем меньше, чем в первый раз.
6)	По величинам углов найти по таблице величины соответствующих им синусов и затем коэфициент преломления для воды.
504
$ TO, 5—6
5.	Лабораторная работа III: Ход лучей через плоско-параллельную пластинку.
Приборы и материалы: 1) Стеклянная пластинка с плоскопараллельными стенками. 2) Фанерная дощечка. 3) Угольник. 4) Транспортир. 5) Булавки. 6) Карандаш. 7) Бумага.
1)	На бумагу, постеленную на фанерную дощечку, положить плоско-параллельную пластинку и очертить карандашом её гра-
Рис. 515. Установка лабораторной работы: ход лучей через плоско-параллельную пластинку.
Рис. 516. Ход лучей через плоско-параллельную пластинку.
ни (рис. 515). Булавку А вколоть примерна в середине стороны стекла около самой его поверхности CD. Вторую булавку В вколоть в произвольном месте; её положением определяется направление падающего луча АВ (рис. 516).
2)	Глядя по направлению луча АВ, вколоть за стеклом ещё две булавки Е и F (последнюю у поверхности стекла) так, чтобы все четыре булавки казались расположенными на одной прямой.
3)	Сняв стекло, соединить прямыми линиями точки А, В, Е и F, а также восставить перпендикуляры к линии CD в точках А и F.
4)	Убедиться на основании полученного чертежа, что луч света при прохождении через пластинку, хотя и смещается, но остаётся параллельным своему прежнему направлению.
5)	Повторить опыт, беря различные углы падения луча АВ9 и сделать соответствующие построения.
6.	Лабораторная работа IV: Ход лучей сквозь призму.
Приборы и материалы: 1) Призма. 2) Фанерная дощечка.
3)	Булавки. 4) Бумага. 5) Карандаш. 6) Угольник. 7) Транспортир.
1)	Очертить карандашом грани призмына бумаге и вколоть две булавки А и В, одну из них — у поверхности стекла (рис. 517 и 518).
2)	Глядя по направлению луча АВ, вколоть за призмой ещё
J 70, 7; § 71, 1
505
Рис. 517. Установка лабораторной работы: ход лучей через призму.
две булавки С и D так, чтобы все четыре булавки казались расположенными на одной прямой.
3)	Сняв призму, соединить прямыми линиями точки А, В, С и D и получить таким образом ход луча через призму.
4)	Определить при помощи транспортира величину преломляющего угла призмы.
5)	Повторить опыт, взяв иное направление падающего луча АВ, сделать указанные выше построения и вновь определить величину преломляющего угла.
7.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Сформулировать целевую установку лабораторных работ на отражение и преломление света- для 7 класса.
2)	Определить точное содержание лабораторных работ и составить инструкцию для учащихся, выработав форму записей. Результаты записать.
3)	Самостоятельно разра-
ботать вопрос о том, как еле- Рис. 518. Ход лучей через призму, дует вкалывать булавки, чтобы
показать ход лучей при отражении от вогнутого зеркала и при преломлении через двояко-выпуклую линзу.
4)	Так как при описанных опытах очень трудно вкалывать булавки строго вертикально, то по каким частям булавок (верх, середина, низ)следует производить провешивание?
5)	Каким образом, не прибегая к помощи таблицы синусов, можно вычислить коэфициент преломления стекла на основании геометрических построений и измерений?
6)	При каких условиях в лабораторной работе с призмой обнаруживалось явление полного внутреннего отражения?
§ 71.	Лабораторные работы: Получение изображений с помощью линз.
Методические указания — см. т. I, §§ 109 и 110.
Изготовление приборов — см. т. III, § 53.
Рисунки по теме — см. т. IV, § 74, 3—5.
1.	Методические замечания. В седьмом классе возможно проведение лишь качественных лабораторных работ с оптическими линзами. Однако, надо прежде всегонаучитьучащихся определять самым простым способом главное фокусное расстояние с той целью,
506
§ 71, 2
чтобы далее можно было выяснить зависимость характера получаемого изображения от положения предмета по отношению к главному фокусу и двойному фокусу. Наиболее важными являются вопросы о применении линзы в качестве лупы и о получении умень-шённого и увеличенного изображений, соответственно действию
линз в фотоаппарате и в проекционном фонаре. Более сложные работы, знакомящие с принципами устройства микроскопа и зрительной трубы, возможно провести лишь на кружковых занятиях.
2.	Приборы. Работы с получением изображений производятся при помощи оптической скамьи. Для семилетней школы следует воспользоваться наиболее простой моделью оптической скамьи, конструкция которой разработана Бакушинским (рис. 519). Изготовление её своими силами не представляет затруднений. Для каждой скамьи из клеёной фанеры (трёхслойной или, лучше, более толстой — пятислойной) вырезают 3 прямоугольника размером, примерно, 13 см\\8 см. В двух из них в середине выпиливают лобзиком или просверливают сверлом отверстия диаметром на 5—8 мм меньше поперечника стекла от очков. Затем на отверстие накладывают очковое стекло и шилом очерчивают его контур. Пользуясь ножом или бритвой, прорезают один пли два слоя фанеры по контуру и подрезанную часть удаляют.
$ 7t 3—4
507
В результате получается кольцеобразный вырез, в который вкладывается стекло (рис. 519, IV иУ). Его закрепляют наглухо, приклеивая его к дереву воском или сургучом. Лучше при помощи жестяных полосок или пружинок или, как рекомендует Б а к у ш и н-с к и й, резинок для карандаша А так произвести закрепление,
чтобы стекло могло быть в случае надобности заменено другим.
Возможно также произвести закрепление посредством картонных колец В. Для каждого из прямоугольников изготавливают по паре ножек с прорезами, в которые все прямоугольники должны входить туго. На каждую оптическую скамью надо приобрести по две двояковыпуклых линзы от очков: одну — от 2 до 10 диоптрий и другую — от 10 до 20 диоптрий. Чтобы иметь возможность эти стёкла применить в качестве объектива и окуляра при лабораторных работах на микроскоп и телескоп, необходимо, чтобы второе стекло имело светосилу по крайней мере в 2 раза больше, чем первое, например, -|-6и-J-17 диоптрий или-|-4~4 и +12 диоптрий. В качестве источника света можно применять свечи, лучше тонкие ёлочные или лампочку от карманного фонарика, накаливая её от батареи из двух-трёх элементов типа МВД (§ 17,7).
Рис.520. Керосиновая лампочка.
Заслуживает реко-
мендации керосиновая лампочка, дающая некоптящее пламя благодаря скобке из жести (рис. 520).
3.	Лабораторная работа I: Определение главного фокусного расстояния линзы.
Приборы и материалы: 1) Оптическая скамья*. 2) Масштабная линейка. 3) Белая бумага.
1) Взяв стойку сначала с одной линзой, а затем с другой, получить на листе белой бумаги изображение Солнца. Если Солнце не светит в окна класса, то изображение может быть получено от обыкновенной электрической лампочки, расположенной возможно дальше от линзы.
2) Измерить масштабной линейкой расстояние между линзой и соответствующим изображением. Это расстояние может быть принято за главное фокусное расстояние линзы.
4.	Лабораторная работа II: Получение изображения с помощью линз.
Приборы и материалы: 1) Оптическая скамья. 2) Источник света. 3) Масштабная линейка.
508

Работа служит для изучения зависимости размера и положения изображения от положения источника света по отношению к главному фокусу и двойному фокусу линзы.
а)	Л у п а.
1)	Сравнить увеличения, получаемые от короткофокусной и длиннофокусной линз, применяя их как лупу для рассматривания мелких предметов,— кожи на руке, кусочка материи и т. п.
2)	Измерив расстояние предмета до центра линзы, обнаружить, что оно меньше главного фокусного расстояния, — иначе говоря, что предмет расположен между главным фокусом и линзой.
Рис. 521. Лабораторная установка оптической скамьи — получение изображений с помощью линзы.
3)	Обратить внимание, какое изображение получается при этом (мнимое или действительное, прямое или обратное, увеличенное или уменыпённое).
б)	Проекционный фонарь.
1)	Расположив источник света, примерно, в двойном фокусе, получить его изображение на экране сначала для одной из линз (рис. 521). Определить характер изображения, обратив особое внимание на его величину.
2)	Пододвигать постепенно источник света к линзе и наблюдать, устанавливая экран, где и какое получается изображение.
3)	Эти наблюдения проделать сначала для одной, например, для короткофокусной, а затем для длиннофокусной линзы. Выяснить, в чём заключается характерная разница в изображениях, получаемых посредством линз, сильно отличающихся величиной своих фокусных расстояний.
в)	Фотографический аппарат.
1)	Расположить источник света примерно в двойном фокусе и, постепенно отодвигая его от линзы, получать его изображение. Определять характер получаемого каждый раз изображения.
2)	Опыт проделать для короткофокусной, а затем для длиннофокусной ’линз. Выяснить различие в характере изображений, получаемых при помощи этих линз.
f 71, 5—6; § 72, 1—2
509
5.	Лабораторная работа III: Микроскоп. Телескоп.
Приборы и материалы: 1) Оптическая скамья Бакушинского. 2) Источник света.
Воспользовавшись описанием в книге Знаменского, Лаб. зан., часть II, стр. 244, работы 309 и 310, осуществить сборку моделей микроскопа и телескопа на скамье Бакушинского.
6.	Вопросы к отчёту студента:
1)	Определить целевую установку лабораторной работы «Получение изображений с помощью линз».
2)	Наметить конкретное содержание лабораторной работы и написать инструкцию для учащихся, выработав форму записей. Результаты записать по выработанной форме.
Приложения,
Примечание. В §72 приложений в дополнение к § 17 об источниках тока описываются различные способы зарядки аккумуляторов, что имеет большое практическое значение для каждого преподавателя физики. В дополнение к изложенному служит § 23 т. III, где приведены указания по приготовлению электролита, смене раствора и уходу за аккумуляторами.
Далее, в § 73 описана ветросиловая установка Висхома, рекомендуемая для школы. В заключение в § 74 дан обзор литературы по методике и технике физического эксперимента.
§ 72.	Зарядка аккумуляторов.
1.	Методические замечания. В данной работе рассматривается вопрос о зарядке аккумуляторов только с технической стороны; демонстрации же принципа действия аккумулятора и его зарядки описаны в § 44, 9. Процесс зарядми аккумуляторов крайне несложен; затруднения обычно возникают лишь по отношению к источнику зарядного тока, требующего за собой внимательного наблюдения и соблюдения определённых правил обращения с ним. Особенно осложняется зарядка аккумуляторов при пользовании алюминиевым выпрямителем, нуждающимся в предварительной формовке и обеспечении надлежащего охлаждения.
Изучение зарядки аккумуляторов следует производить после ознакомления с опытами: электролиз (§ 44), сопротивление (§ 43, 4—8) и измерительные электрические приборы (§ 45).
2.	Признак необходимости зарядки аккумулятора. Чтобы узнать, нуждается ли аккумулятор в зарядке, измеряют его напряжение вольтметром. Если аккумуляторы соединены в батарею, то измерение напряжения производят у каждого элемента в отдельности, так как некоторые из них, имея меньшую ёмкость1), разряжаются до своего предела раньше остальных.
Такое явление наблюдается также у аккумуляторов одинаковой ёмкости в случае некоторых повреждений (порча раствора, большая утечка в саморазрядном токе и т. п.).
510
§ 72, 3
Аккумуляторы безусловно требуют зарядки, когда вольтметр показывает у свинцового аккумулятора напряжение менее 1,8 V и у железо-никелевого — меньше 1,1 V.
Измерение напряжения при этом производится, когда аккумулятор находится в разомкнутом состоянии, т. е. когда он не присоединён в какой-либо другой электрической цепи (кроме вольтметра)1). Как только напряжение у аккумуляторов упадёт до указанной выше величины, их следует немедленно ставить на зарядку во избежание порчи.
3.	Нормы зарядного тока. Основной задачей при зарядке является создание через свинцовые аккумуляторы зарядного тока
Рис. 522. Графики изменения напряжения у железо-никелевого (I) и свинцового (II и III) аккумуляторов на различных режимах зарядки и разряда.
не выше некоторой предельной нормы; в противном случае они окажутся испорченными, а то и приведёнными в полную негодность. Таким образом, при зарядке аккумулятора надо следить за силой текущего тока, для чего необходим амперметр; включение вольтметра в цепь необязательно. Вольтметр окажется нужным для суждения о том, насколько зарядились аккумуляторы.
Нормы зарядного тока для свинцового аккумулятора зависят от его ёмкости и указываются в прилагаемом при продаже описании. Обычно максимальный зарядный ток бывает равен наибольшему
!) Если аккумулятор нагружён, то его напряжение U равно электродвижущей силе Е минус падение напряжения в нём Zr, где I — сила тока иг — внутреннее сопротивление, т. е.
U = Е—1г.
§ 72, 4—5
51!
допустимому разрядному, и эти токи примерно численно равны 0,1 ёмкости аккумулятора. Это значит, если, например, свинцовый аккумулятор имеет ёмкость 40 ампер-часов, то максимальные, как зарядный, так и разрядный, токи могут иметь силу в 40-0,1=4 А. При ёмкости в 80 ампер-часов эти токи будут равны 80-0,1=8 А. Из этого соотношения следует, что для полной зарядки свинцового аккумулятора требуется промежуток времени около 10 час.
Для железо-никелевых аккумуляторов также указываются нормы зарядного тока, рассчитанные на 8 час. зарядки; но для этих аккумуляторов возможно применять четырёхчасовой режим, пользуясь силой тока, примерно, в два раза превышающей норму.
На рисунке 522,1 показан график изменения напряжения у железо-никелевого аккумулятор^ при различных режимах зарядки. Кривые рисунка 522, II и III соответствуют нормальному режиму зарядки и разряда свинцового аккумулятора.
4.	Признаки окончания зарядки. Об окончании зарядки аккумуляторов проще всего судить по их напряжению. Для этого при зарядке время от времени приключают вольтметр к клеммам каждого аккумулятора по очереди и измеряют их напряжение. При таких измерениях следует на время рыключать заряжающий ток, иначе вольтметр станет показывать не только напряжение самого аккумулятора, но и падения напряжения в нём х). Когда напряжение аккумулятора при указанном выше условии станет равным: у свинцового 2,4—2,6 V и у железо-никелевого 1,8—1,9 V, то его надо выключать из цепи и считать зарядку законченной. Остальные аккумуляторы оставляют заряжаться дальше до тех пор, пока напряжение у каждого из них возрастёт до указанной выше величины.
У свинцовых аккумуляторов признаком окончания зарядки может служить также сильное газообразование, отчего раствор в них напоминает кипящий. У железо-никелевых «кипение» начинается сравнительно задолго до конца зарядки.
5.	Соединение в группы при зарядке. Аккумуляторы при зарядке соединяют между собой последовательно. Если они имеют различную ёмкость, то сила заряжающего тока должна быть взята не выше той предельной, которая соответствует самому малому аккумулятору. Вследствие этого зарядный ток для более крупных аккумуляторов окажется ниже нормы, что поведёт к увеличению времени зарядки. Поэтому рационально для выигрыша во
1)	При зарядке аккумулятора вольтметр показывает величину С7, равную электродвижущей силе Е плюс падение напряжения 1г, где I — сила зарядного тока иг — внутреннее сопротивление аккумулятора, т. е. U — Е -|- 1г (ср. с величиной напряжения при разрядке).
512
$ 72, 6
времени соединить аккумуляторы смешанно, создавая, например, комбинацию, подобную изображённой на рисунке 523. Эта
схема получена на основании данных, что предельные зарядные
1,6 а
*з
Рис. 523. Смешанное соединение для зарядки аккумуляторов различной ёмкости.
токи соответственно равны для аккумуляторов: Аг—5А; А2—ЗА; А3—2А. В этом случае рационально взять зарядный ток в 5 А; тогда через каждый из параллельно-соединённых аккумуляторов А2 потечёт ток в 5:2=2,5 А и через А3—ток в 5:3=1,6 А, и нормы окажутся непревзойдёнными.
При последовательном же соединении всех этих аккумуляторов зарядный ток мог быть взят равным только 2 А, и продолжительность зарядки наиболее ёмких аккумуляторов удвоилась бы.
6. Напряжение источника тока. Выше было указано, что при зарядке следует поддерживать в цепи ток .определённой силы, следя за этим по амперметру; вольтметр же находит себе применение лишь при окончании зарядки. Однако, перед включением батареи в зарядную цепь надо соблюсти непременное условие, чтобы напряжение источника тока было выше, чем Источник
напряжение аккумуляторной батареи в момент окончания зарядки. Так как напряжение, которое необходимо поддерживать на заряжаемом аккумуляторе, равно его электродвижущей силе плюс падение напряжения на преодоление внутреннего сопротивления, то при предварительном подсчёте
Рис. 524. Схема цепи для зарядки аккумуляторов.
принимают напряжение на
каждый из аккумуляторов: свинцовых в 2,8 V и железо-никелевых в 2 V. Таким образом, если источник тока имеет напряжение в 12 V, то им можно заряжать группу в 4 свинцовых или 5 железо-никелевых при их последовательном соединении. Если это требование не выполнить, взяв большее количество аккумуляторов, то через некоторое время после начала зарядки заряжающий ток упадёт и наконец сделается равным нулю, когда
$ 72, 7—8
513
сумма электродвижущих сил аккумуляторов станет равной
электродвижущей силе источника тока. Если на зарядку надо
пос^ вить большее число аккумуляторов, чем указано, то их
соединяют между собой смешанно, т. е. в две параллельные группы. Когда для зарядки аккумуляторов
используется ток в 120 V, то никаких предварительных расчётов на проверку нужного наибольшего напряжения не производится.
7. Приборы при зарядке аккумуляторов. При зарядке аккумуляторов приходится составлять цепь,показанную на рисунке 524. В цепи обязательно присутствие: амперметра А, выключателя К и реостата R, Наиболее удобным выключателем служит однополюсный рубильник на струбцинке (рис. 525). Можно использовать амперметр лабораторного типа (рис. 112); годен также демонстрационный гальванометр с шунтом на 10 А (рис. 113 и 114); наилучшим же является технический прибор магнито-электрической системы со шкалой до 6 А (рис. Ill, II).
Реостаты при источнике заряжающего тока в 12 V берутся проволочные с движком (§ 43, 5 и рис. 306) с со-
Рис. 525. Рубильник на струбцинке.
противлением в несколько омов, допускающие нагрузку до 5 А (§ 43, 6). При зарядках током с напряжением в 120 V или 220 V применяются ламповые
реостаты (рис. 308) (§ 43, 7).
Можно применять вольтметр лабораторного типа (рис. 112), но лучше пользоваться более точным.
8.	Опыт I. Зарядка аккумуляторов током в 120 V.
Приборы и материалы: 1) Аккумуляторы различной ёмкости. 2) Амперметр до 5 А (рис. 112). 3) Вольтметр до 3—5 V (рис. 112). 4) Ламповый реостат (рис. 308). 5) Рубильник на струбцинке (рис. 525). 6) Провода для соединений.
Для зарядки используется сеть постоянного тока с напряжением в 120 V.
1)	Подготовить аккумуляторы к зарядке, удалив тряпкой пыль с крышек и счистив в случае надобности окислы на клеммах, образующиеся чаще всего у свинцовых аккумуляторов. Измерить напряжение у каждого из аккумуляторов.
33 Е. Н. Горячкин
514
§ 72, 9
2)	Выяснить для каждого из аккумуляторов нормы зарядного тока и составить из них группу, руководясь изложенным выше в разделе 2, чтобы вести зарядку наименьшее воемя. Определить силу зарядного тока для составленной группы.
3)	Составить схе-
Рис. 526. Схема цепи для зарядки аккумуляторов постоянным током через ламповый реостат.
му, соединив последовательно рубильник К, ламповый реостат R (рис. 308), амперметр А и батарею аккумуляторов (рис. 526). Цепь приключить при разомкнутом рубильнике к источнику постоянного тока на 120 V
так, чтобы плюс батареи оказался присоединённым к плюсу источника и минус батареи — к минусу источника.
4)	Убедившись, что все лампы в реостате наполовину вывернуты, замкнуть рубильник и ввернуть в реостат столько ламп, чтобы получить ток, равный нормальному для данной группы.
5)	В процессе зарядки следить за поддержанием в цепи тока той же силы, для чего придётся ввернуть ещё одну-две лампы.
6)	По истечении 1—2 час. после начала зарядки выключить зарядный ток и при помощи вольтметра измерить напряжение у каждого из аккумуляторов. Сравнить эти величины с напряжениями, бывшими до зарядки.
9.	Опыт II. Зарядка аккумуляторов от источника тока в 12 V»
Приборы и материалы: 1) Источник тока в 12—20 V. 2) Аккумуляторы для зарядки. 3) Амперметр до 5—10 А (рис. 112). 4) Вольтметр до 15—20 V (рис. 111). 5) Вольтметр до 3—5 V (рис. 112). 6) Рубильник на струбцинке (рис. 525). 7) Проволочный реостат с сопротивлением в 5 омов па 5—10 А (рис. 306 и 307, I). 8) Провода для соединений.
Опыт имеет целью ознакомить с процессом зарядки аккумуляторов от источника тока с низким напряжением в 12—20 V. Таким источником может быть ток освещения, трансформированный и затем выпрямленный, или преобразователь Главучтех-прома (§ 17, 10) (рис. 26 и 36).
1)	Выяснить для каждого из аккумуляторов нормы зарядного тока и составить из них группу, руководствуясь изложенным выше в разделе 5, чтобы вести зарядку наименьшее время. Определить силу зарядного тока для всей группы.
2)	Измерить вольтметром на 15—20 V напряжение источника тока и вольтметром на 3—5 V — напряжение у каждого из аккумуляторов.
§ 72, 10
515
3)	Вычислить на основании данных в разделе 4 указаний, какое напряжение должно поддерживаться при зарядке на группе аккумуляторов. Вычислить, какое падение напряжения сле
дует получить в реостате.
4)	Принимая во внимание силу зарядного тока (см. пункт 1), вычислить нужное сопротивление реостата.
5)	Взять подходящий реостат с движком и собрать схему для зарядки (рис. 527).
6)	Поставив движок так, чтобы в реостате было включено наибольшее сопротивление (превышающее вычисленное), замкнуть рубильник. Отсчитать по амперметру силу
s -/2-^7 5
Рис. 527. Схема цепи для зарядки аккумуляторов постоянным током в 12—20 V.
тока и, в случае, если он окажется
меньшим, вывести часть сопротивления в реостате.
7) Вести зарядку примерно в течение часа и поддерживать в цепи зарядный ток нужной силы, время от времени уменьшая для этого сопротивление в реостате. После этого измерить напряжение
каждого аккумулятора в отдельности и выяснить, как оно изменилось в сравнении с существовавшим ранее.
Пример. Даны шесть свинцовых аккумуляторов, из которых два Аг допускают зарядный ток силой в 5 А, два А2 — в 3 А и два А3 — в 2 А. На основании расчётов, приведённых выше в разделе 5, зарядку рационально вести током в 5 А, составив группу, показанную на рисунке 523. Сбитая, согласно указаниям, данным в разделе 6, по 2,8 V на каждый аккумулятор, получим для четырёх элементов, соединённых последовательно:
4-2,8 = 11,2 V.
Таким образом, если вольтметр при измерении источника тока показал, что его напряжение равно 13 V, то падение напряжения в реостате должно быть равно:
13 V — 11,2 V = l,8 V.
При силе зарядного тока в 5 А реостат необходимо взять с сопротивлением не менее:
1,8:5=0,3 ома.
По таблице (§ 43,5) находим, что годится реостат в 5 омов, допускающий нагрузку до 6,8 А. При включении его в цепь придётся установить его подвижной контакт так, чтобы сила тока достигла нужной нормы в 5 А.
Указанный реостат окажется также годным для зарядки меньшего количества аккумуляторов, почему он указан в перечне приборов к настоящей работе.
10. Опыт III. Зарядка аккумуляторов от купроксного выпрямителя.
Приборы и материалы:!) Купроксный выпрямитель (рис. 125). 2) Аккумуляторы. 3) Амперметр до 5 А (рис. 112). 4) Вольтметр до 3—5 V (рис. 112).
33*
516
$ 73
В работе рассматривается вопрос о зарядке аккумуляторов от купроксного выпрямителя, что является наиболее простым делом по сравнению с зарядкой от других источников тока.
0	1) Ознакомиться с устройством
Рис. 528. Схема цепи для зарядки аккумуляторов постоянным током от купроксного выпрямителя.
ведённым в разделах 5 и 6, может быть поставлено на
купроксного выпрямителя по описанию, приведённому в § 17, 9. По «паспорту» (табличке на корпусе) выяснить величины напряжения и наибольшей силы зарядного тока, которые может дать данный выпрямитель.
2) Рассмотреть, как устроено подвижное ярмо выпрямителя, или его магнитный шунт. Вдвинуть шунт (рис. 126), что соответствует наименьшей силе тока, даваемой выпрямителем.
3) Выяснить, согласно данным выпрямителя и указаниям, при-какое количество аккумуляторов
зарядку.
4) Соединить аккумуляторы последовательно (выпрямитель обычно даёт ток весьма небольшой и поэтому не превышающий нормальный зарядный) и собрать схему для зарядки {рис. 528). Включить ток в выпрямитель и затем выдвинуть шунт, чтобы сила тока не оказалась выше нормы.
5) Обратить внимание, что на зарядку можно поставить один или несколько аккумуляторов (для выпрямителя на . 12 V) и без реостата посредством магнитного шунта поддерживать нужный ток.
Рис. 529. Ветро-электрический агрегат «Висхом РД—1,5».
§ 73. Ветросиловая школьная электростанция.
В условиях сельской школы при отсутствии на месте электрического тока для освещения и отдалённости машинно-тракторной станции не удаётся производить зарядку аккумуляторов для
§ ?з
517
проведения опытов по электричеству. Поэтому особо важное значение приобретает устройство в школе собственной, хотя бы и маломощной электростанции, работающей на «голубом угле». Это становится вполне возможным с выпуском нашей промышленностью маломощных ветросиловых агрегатов. Подобная установка будет тем более ценна, что не только обеспечит физический кабинет электроэнергией для опытов и освещения, но также явится полезнейшим учебным пособием и, кроме того, станет играть культурную роль, способствуя проникновению в быт отдалённых местностей Союза электрической энергии для освещения и питания радиоприёмников.
Особого внимания заслуживает ветросиловой агрегат «РД-1,5 Висхом» (со щитком ОД — 1,5 г), показанный на рисунке 529.
Приводим некоторые данные:
Основные параметры агрегата «РД-1,5 Впсхом»
1.	Диаметр пропеллера.............................. = 1,5 м
2.	Коэфициент использования энергии ветра................... =0,35
3.	Регулируемые обороты................................ =900	об/мин
4.	Неравномерность хода............................ 3—5°/0
5.	Род тока агрегата — постоянный..................
6.	Установленная мощность генератора........................ =100W
7.	Рабочее напряжение.............................. 6—8 V
8.	Режим работы агрегата — с буферной аккумуляторной батареей, напряжением ......................... в 6 V
9.	Тип аккумуляторной батареи — стартерный.........
10.	Вес агрегата с генератором*'................... 28 кГ
Эксп л о а та ци о н н ы е показатели агрегата «РД-1,5 Висхом»
Среднегодовая скорость ветра в м/сек района эксплоатации агрегата	4	5	6
Потенциально возможная годовая выработка энергии агрегатом в квт-ч	154	250	395
Минимальная месячная выработка агрегата в квт-ч	10	17	34
Максимальная месячная выработка агрегата в квт-ч	22	30	43
Годовое число часов работы агрегата	3310	6522	7325
г) Конструкция разработана Всесоюзным Научно-Исследовательским Институтом сельскохозяйственного машиностроения (авторы проекта инж. III а м а н и н В. С., Вершинин И. Б. и В а с и л ь е в Б. А.) и в 1945 г. рекомендована экспертной комиссией при техническом совете НКЭС к производству союзной промышленностью (Ленинградский листопрокатный завод Министерства местной промышленности РСФСР).
518
$ 74
Ветро-электрический агрегат требует установки на столбе высотой в 8—10 м или на конёк крыши школы.
Динамомашина установлена на одном валу с пропеллером. Регулирование числа оборотов пропеллера при разных скоростях ветра производится автоматически посредством использования центробежной силы для изменения угла крыльев к плоскости их вращения. Благодаря такой регулировке при разных скоростях ветра (от 4 м/сек до 40 м/сек) рабочее напряжение поддерживается от 6 V до 8 V. Электрическая часть, кроме динамомашины, состоит из аккумуляторной батареи стартерного типа на 6 V (употребляемой на автомобилях для запуска двигателя посредством электромотора), реле обратного хода и двустороннего амперметра. Батарея заряжается от динамомашины и, давая ток при остановленном двигателе — одна или при ветре вместе с динамо, служит для освещения и других целей. Кроме того, она является буферной, т. е. при различной скорости вращения не позволяет напряжению от агрегата упасть ниже 6 V и подняться выше 8 V. Наконец, батарея используется для запуска в ход ветродвигателя при малой скорости ветра; в этом случае динамо выполняет функцию стартера. Реле обратного хода служит для автоматического выключения динамомашины при ослаблении ветра ниже расчётного значения или при остановке двигателя. Двусторонний амперметр (нулевое деление посредине шкалы) служит для наблюдения за ходом зарядки батареи и её разряда в цепь при пользовании током для тех или иных целей.
§ 74. Список литературы по методике и технике физического эксперимента.
Литература по физическому эксперименту начала в более или менее планомерном порядке появляться в конце XIX столетия (более 50 лет назад). В это время появился самый солидный четырёхтомный труд Фрика на немецком языке: Техника физики (Frick, Physikalische Technik, 4-е изд., 1904—1909 гг.), содержащий описание оборудования физического кабинета, лаборатории и мастерской и описание нескольких (около 8) тысяч приборов для физического эксперимента; но техника самих опытов почти не затронута.
Практические указания по демонстр а ционным опытам содержит книга В е й н г о л ь д а: Демонстрации по физике (W е i п-h о 1 d. Physikalische Demonstrationen, 1899). Часть этой книги была переведена на русский язык Н. С. Лукьяновым и в несколько переработанном виде была выпущена под заглавием: «Физический кабинет средних учебных заведений» (1904—1906 гг., стр. 965). Издание не было закончено.
Тот же автор Вейн гольд составил более краткое руководство по физическим опытам (W е i n h о 1 d, Vorschule der
$ 74
519
Experimentalphysik, 1907 г., стр. 580), которое давало описание приборов упрощенного типа с указаниями к их самодельному изготовлению .
Три перечисленных труда немецких авторов господствовали до начала XX в. в библиотеках физических кабинетов русских средних учебных заведений, но уже в первом десятилетии XX в. стали заменяться и вытесняться совершенно оригинальными руководствами русских авторов. Однако, хотя и появлялись отдельные большей частью небольшие, но прекрасные книжки (как, например, Баранова, Дрентельна, Дубровского, Кольбе, Лермантов а, Розенберга), но только при советской власти начался расцвет литературы по физическому эксперименту. Литература эта даёт сравнительно большое число руководств, частично весьма обстоятельных, целесообразно продуманных, приноровленных к состоянию современной школы и направленных к одной цели — оказать преподавателю физики реальную помощь в деле организации кабинета и лаборатории и налаживания эксперимента.
Из всей обширной методической литературы в области эксперимента в дальнейшем указаны только те книги, которые заслуживают наибольшего внимания. Руководства по ремесленным навыкам для преподавателя физики и по изготовлению приборов приведены в т. III.
Интересные и новые материалы по отдельным частным случаям эксперимента, отражающие опыт массовой школы, можно найти в соответствующих статьях журнала «Физика в средней школе», хотя надо заметить, что журнал больше внимания уделяет эксперименту в 8—10 классах, чем в 6— 7 классах.
Прилагаемый перечень литературы разбит на отдельные группы, но такое деление является чисто условным, так как чаще всего каждое руководство касается всех сторон деятельности и обстановки физического кабинета, как это легко усмотреть из дальнейших характеристик отдельных книг.
I.	Оборудование кабинета.
1)	Галанин, Горячкин, Жарков, Павша, Сахаров, Физический эксперимент в школе.
Том I (1934 г., стр. 248) этого многотомного издания в основном посвящен вопросу о всестороннем оборудовании физического кабинета. В книге приведены подробные описания самого помещения, мебели, общего оборудования кабинета и лаборатории — водой, нагревателями, током, проекционными фонарями, посудой, инструментами для мастерской и т. И. В части описания электрооборудования (источники электроэнергии в виде переменного и постоянного токов, распределительные щиты и пр.) книга является наиболее полной по сравнению с другими подобными пособиями для учителей.
520
S 74
2)	Д. И. Сахаров, Оборудование физического кабинета» физические приборы.
Две главы—VIII и IX —из книги: И. И. Соколов, Методика физики, 2-е изд. (1936 г.), содержат краткое (41 стр.) описание организации физического кабинета (помещение, аудитория, лаборатория, план размещения, общее оборудование и т. д.), основных физических приборов и обращения с ними.
3)	П. А. Знаменский, Физическая лаборатория и её оборудование. Это краткое (28 стр.) изложение оборудования физического кабинета, по общему содержанию повторяющее предыдущее пособие, входит в виде отдельного раздела в книгу: Знаменский, Кельзи и Челюсткин, Методика преподавания физики в средней школе (3-е изд., 1938 г.).
4)	А. Покровский, Оборудование физического кабинета. Пособие для преподавателей физики в средней школе (1933 г., стр. 84).
Книга в сжатой форме излагает описание наиболее рационального, продуманно отобранного оборудования физического кабинета и набора основных приборов. Для начинающего преподавателя ценен перечень приборов и наиболее нужных материалов для физического кабинета полной средней школы.
5)	Институт политехнического образования. Оборудование лаборатории по физике в средней школе. Пособие для учителей (1934 г., стр. 63).
Кратко изложенный коллективный труд, в котором участвовали Д. Д. Г а л а н и н, Г. В. Г р о ш е в о й, С. И. И в а н о в, И. Н. П о к р о в с к и й, А. И. С а м г и н под общим руководством проф. А. Г. Калашникова, разбит на четыре части. Первая заключает принципиальные положения, определяющие характер оборудования и методы его использования. Вторая часть посвящена обоснованию нормального плана организации и оборудования физической лаборатории. Третья часть даёт тематический список приборов по физике с указанием, как их использовать при демонстрациях и лабораторных занятиях. Четвёртая часть касается вопросов практической организации физической лаборатории и её содержания в порядке.
II.	Постановка демонстрационных опытов и лабораторных работ.
6)	Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарко в, А. В. Павша, Д. И. Сахаров, Физический эксперимент в школе Издание по плану обнимает 8 томов объёмом около 30 печатных листов каждый и представляет собой своеобразную энциклопедию, дающую технику и методику постановки всевозможных физических опытов (демонстраций) и лабораторных работ, которые могут быть проведены в полной средней школе. Описание каждого из опытов содержит несколько вариантов, начиная с наиболее примитивного и кончая сложными установками,
§ 74
521
выходящими за пределы обычных классных занятий и даже иногда за пределы средней школы; такие опыты рассчитаны или на самого преподавателя, или на особо интересующихся учащихся; большой экспериментальный материал может быть извлечён преподавателем для демонстраций в кружках.
В свет вышло 6 томов, которые содержат:
Том 1. Оборудование физического кабинета. Ремесленные навыки (см. книгу 1).
Том II (1935 г., стр. 356). Измерения. Механика. Колебания и волны. Сопротивление материалов.
Том III (1936 г., стр. 353). Электрическая цепь. Электрические измерения. Закон Ома. Работа и мощность тока. Тепловые действия тока. Электролиз. Магнетизм.
Том IV (1936 г., стр. 287). Электромагнетизм. Превращение электрической энергии в механическую. Электромагнитная индукция. Разряд в газах. Электростатика.
Том V (1938 г., стр. 472). Переменный однофазный и трёхфазный ток. Ёмкость и самоиндукция. Выпрямители. Колебательный контур и токи высокой частоты. Элементы радиотехники. Передатчики и приёмники.
Том VI (1941 г., стр. 447). Акустика. Оптика. Фотоэффект. Телевидение.
7)	Н. С. Д р е н т е л ь н, физические опыты в начальной школе (1913 г., стр. 280) (3-е изд., 1924 г.).
В этой замечательной книге, являющейся обобщением упорного и долголетнего опыта выдающегося русского методиста, приведено описание большого числа физических экспериментов для начального курса физики. Несмотря на краткость изложения, даны почти исчерпывающие указания, обеспечивающие успех эксперимента, воспроизводимого с самыми простыми средствами. Книгу следует горячо рекомендовать преподавателю физики.
8)	В. В. Л е р м а н т о в, Методика физики для преподавателей средней школы (1935 г., стр. 140).
Интересная по высказываниям автора и своеобразная по характеру изложения книга крупного методиста-физика Лерман-т о в а вышла в свет в 1907 г. под заглавием «Методика физики и содержание приборов в исправности» и, как показывает заглавие, состоит из двух почти самостоятельных частей. В издании 1924 г. первая часть была выпущена, хотя и весьма интересная по оригинальным мыслям автора, но мало применимая в советской школе. Издание 1935 г. полностью передаёт начальный текст.
Для преподавателя физики представляют большую ценность практические советы автора по успешному осуществлению классных опытов, по хранению приборов и уходу за ними, исправлению приборов и по лабораторным навыкам и поделкам.
9)	и 10) Нельзя не отметить существование двух сборников, объединяющих опыт и конструктивные предложения весьма боль-
522
§ 74
того числа методистов и преподавателей физики и литературных источников. Эти два сборника следующие:
А б р а г а м, Сборник элементарных опытов по физике. В русском переводе с французского были изданы — I часть в 1909 г. (стр. 272) и II часть в 1910 г. (стр. 496).
Швальбе-Ганн (В. Schwalbe— Н. Hahn, Frei-handver suche).
Заглавие трудно переводимо и может быть приблизительно выражено словами: «Собственноручные опыты». Известны три тома этой книги: I (стр. 259, опытов 445). Практические советы. Меры и измерение. Механика твёрдых тел. II (стр. 431, опытов 707). Свойства жидкостей и газов. III (стр. 405, опытов 738). Свет. Первый том выходил в русском переводе в издании журнала «физик-любитель», но является библиографической редкостью.
Характерной особенностью этих двух сборников, придающей им особую ценность, является то обстоятельство, что книги содержат описания громадного числа опытов и самостоятельных наблюдений и исследований, выполняемых при помощи самых простых приборов и установок из предметов домашнего обихода.
И) Д. Д. Галанин, Демонстрации и лабораторные работы по физике в неполной средней школе (1936 г., стр. 104).
После весьма краткого (10 стр.) изложения основного оборудования физической лаборатории идёт список приборов для демонстраций; описания 165 опытов и 19 лабораторных работ и практические указания по их осуществлению в 6 и 7 классах.
12)	В. А. 3 и б е р, Ф. Н. К р а с и к о в и И. А. Ч е л ю с т-к и н, Методика и техника демонстрационных опытов по физике (1934 г., стр. 208).
В книге даётся описание того минимума демонстрационных опытов по физике, без которого, по мнению авторов, невозможно поставить в средней школе более или менее нормальное преподавание. Описываются преимущественно упрощенные постановки опытов, на самодельных приборах, легко осуществимых в школе.
13)	А. Б. Якобсон, Опыты и наблюдения по физике и химии. Две книги (1926 и 1929 гг., стр. 160—(—184).
Сверх перечня и сжатого описания опытов и самостоятельных наблюдений в книге указаны необходимые приборы и материалы и даны советы по монтажу и сборке приборов и установок. Приведены вопросы для самостоятельного решения учащимися.
14)	П. А. Знаменский, Лабораторные занятия по физике в средней школе. В двух выпусках (1934 г., стр. 578).
Книга отличается разнообразием и обилием предлагаемых опытов для лабораторных занятий по физике. Особую ценность представляют работы для самостоятельного воспроизведения их учащимися, нередко вне класса и в домашней обстановке.
15)	П. А. Знаменский, Лабораторные занятия по физике. Пособие для учителей (1930 г., стр. 195).
§ 74
523
Эта книга является продолжением и дополнением к предыдущей, так как она излагает практические указания по организации и постановке лабораторных занятий, по оборудованию лаборатории, содержит перечень необходимых приборов и материалов и даёт методику и технику постановки лабораторных работ.
16)	В. Н. Б а к у ш и н с к и й, Организация лабораторных работ по физике в неполной средней школе (часть 1) и в средней школе (часть II) (1940 и 1946 гг., стр. 68—(—124).
Автор даёт подробное описание лабораторных работ (11 для 6 класса; 15 для 7 класса; 12 по механике; 10 по теплоте и 10 по электричеству и оптике) с указанием всех предосторожностей и недоразумений, которые могут возникнуть в процессе выполнения работы. Характерной особенностью и вместе с тем достоинством книги являются два нововведения автора — это, во-первых, предварительный анализ лабораторных работ и, во-вторых, подробный разбор возможных ошибок прибора и ученика при выполнении работы и отсюда выяснение точности результата. Применяемые приборы очень просты и в большинстве случаев представляют собственные конструкции автора.
17)	В. А. Фетисов, Физический практикум, изд. Московского городского института усовершен. учителей (1946 г., стр. 84).
Автор описывает опыт по организации лабораторных занятий в 8—10 классах 504-й школы гор. Москвы и приводит образцы инструкционных карт-руководств, даваемых учащимся на руки при занятиях. Опытный преподаватель нового в книге не встретит.
III.	Внеклассный эксперимент.
При подборе физических опытов для кружковых занятий и вечеров занимательной физики могут помочь следующие книги:
18)	Том Тит, Научные развлечения. (Пер. с франц. Arthur Goud — Т о m Т i t, La science amusante) (1937 г., стр. 365.)
19)	Донат, Физика в играх для юношества (1924 г., стр. 276).
20)	Бойс, Мыльные пузыри (1919 г., стр. 192).
21)	Я. И. Перельман, Занимательная физика. Две книги (12-е изд., 1935 г., стр. 234-|—255).
22)	Я. И. Перельман, Занимательная механика (1935 г., стр. 240).
23)	К. Е. В е й г е л и н, Занимательная авиация (1928 г., стр. 131).
24)	В. В. Рюмин, Занимательная электротехника на дому 1927 г., стр. 143).
IV.	Главучтехпром к выпускаемым им приборам прилагает специальные брошюры- инструкции, составляемые физиками-методистами (Галанин, Двинянинов, Жарков, Павша, Сахаров и др.). Необходимо настоятельно рекомендовать преподавателям пользоваться такими брошюрами. В них преподаватель прежде всего найдёт описание прибора и познакомится с его устройством, с приёмами его
524
§ 74
налаживания, с постановкой опыта и уходом за ним. Особо важное значение имеют такие описания для сложных приборов.
V.	В прежних и современных учебниках по физи-к е заключён обширный методический материал по школьному физическому эксперименту. Именно из учебников преподаватель может сравнить разнообразные приёмы демонстраций и методические точки зрения различных авторов. Учебниками, которые можно использовать с указанной целью, являются:
А. В. Цингер, Начальная физика.
Д. И. Сахаров, Физика. Учебник для школ взрослых (1938 г.).
Д. И. Сахаров, физика. Учебник для педагогических училищ (1946 г.), а также Рабочие книги по физике для 5, 6 и 7-го годов обучения, отжившие свой век по методике изложения предмета, но сохранившие своё значение в отношении разработки экспериментов; таковы книги авторов: Бачинского (1927 — 1928 гг.), Горячкина (1930—1931 гг.), Н е мы то в а (1930 г.), Фалеева (1930 г.), Ц и н г е р а (1^30—1931 гг.).
ОГЛАВЛЕНИЕ
П редислов не автора
Стр.
3
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.
ФИЗИЧЕСКИЙ КАБИНЕТ СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЫ.
Глава первая. Основные положения методики и техники физического эксперимента в семилетней школе
§ 1.	Классификация школьного физического эксперимента........... 9
§ 2.	Взаимоотношения методики и техники физического эксперимента. 11
| 3. Демонстрационный эксперимент...............................13
$ 4. О лабораторной культуре....................................21
§ 5.	О технике безопасности.....................................23
Глава вторая. Оборудование физического кабинета.
§ 6.	Помещение и мебель........................................ 25
1. Состав физического кабинета. 2. План кабинета. 3. Шкапы для хранения приборов и материалов. 4. Столы. 5. Оборудование места для проведения демонстраций. 6. Демонстрационный стол.
7. Классная доска. 8. Экран. 9. Стол для проекционного фонаря.
§ 7. Специальное оборудование физического кабинета и лаборатории. 35
1. Виды специального оборудования. 2. Водопровод и канализация.
3. Проводка газа. 4. Затемнение. 5. Освещение. 6. Электрооборудование.’ 7. Ввод тока в препаровочную. 8. Распределительный щит в лаборатории. 9. Щит для зарядки аккумуляторов.
§ 8.	Мастерская..................................................49
1.	Назначение мастерской. 2. Организация рабочего места.
§ 9.	Библиотека..................................................51
Глава третья. Физические приборы.
§ 10.	Классификация физических приборов...........................52
§ 11.	Обеспечение видимости демонстраций..........................53
1. Проверка видимости демонстраций. 2. Особенности демонстрационных приборов. 3. Повышение демонстрационности приборов.
4.Окрашивание жидкостей. 5. Применение дыма. 6. Расположение приборов при демонстрациях. 7. Значение фона. 8. Освещение и подсвет.
§ 12. Подсобные приборы..........................................62
1. Назначение и виды подсобных приборов. 2. Таганы и лабораторные штативы. 3. Рамы. 4. Подставки. 5. Подъёмные столики.
6. Угловые панели. 7. Экраны для создания фона. 8. Осветители.
9. Наклонное зеркало. 10. Дымарь.
§ 13. Проекционные приборы.......................................70
1. Назначение проекторов. 2. Типы проекционных приборов.
3.	Диаскоп. 4. Эпископ. 5. Проекционный фонарь с оптической скамьёй. 6. Источники света для проекционных фонарей.' 7. Вольтова дуга. 8. Осветительные лампы. 9. Кинопроекционная лампа в 300 W. 10. Лампа в 500 W для эпидиаскопа. И. Кинопроекционная лампа е на 12 V. 12. Включение ламп для проекционных фонарей. 13. Центрирование света. 14. Карбидная (ацетиленовая) лампа. 15. Уход за проекционными приборами.
§ 14.	Технические модели........................................ 87
1.	Назначение и виды моделей. 2. Паровые машины и парораспределительные механизмы. 3. Двигатель внутреннего сгорания.
4.	Водяные турбины. 5. Водяные насосы. 6. Разные модели.
526
§ 15.	Измерительные приборы.................................... 98
1.	Виды измерительных приборов. 2. Аптекарские весы. 3. Весы Беранже. 4. Весы демонстрационные. 5. Весы технические.
6.	Ги0и и разновес. 7. Динамометры. 8. Термометры. 9. Типы электрических измерительных приборов. 10. Обозначения на электрических приборах. И. Вольтметры и амперметры. 12. Демонстрационный универсальный гальванометр
§ 16.	Приборы для лабораторных работ...........................112
1.	Перечень приборов для лабораторных работ. 2. Хранение, лабораторных приборов и подвижной фонд.
§ 17.	Источники электрического тока............................115
1.	Виды источников электрического тока. 2. Аккумуляторы щелочные и кислотные. 3. Сравнительные данные кислотных и щелочных аккумуляторов. 4. Аккумуляторы для школы и их монтаж.
5.	Типы гальванических элементов. 6. Элементы с хромовой жидкостью. 7. Элементы Лекланше. 8. Алюминиевый выпрямитель. 9. Купроксный выпрямитель. 10. Преобразователь трёхфазного тока в постоянный.
§ 18.	Нагревательные приборы...................................127
1.	Виды источников теплоты. 2. Газовые горелки. 3. Керосиновые горелки. 4. Спиртовые горелки. 5. Электрические нагревательные приборы. 6. Жаровня.
§ 19.	Хранение приборов........................................134
1.	Расстановка приборов в шкапах. 2. Инвентаризация приборов.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ.
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
§ 20.	Методические указания студентам о работах в практикуме по методике и технике физического эксперимента....................141
Глава четвёртая. Проектирование на экран диапозитивов и приборов.
§ 21.	Диаскопическое проектирование диапозитивов...............143
1.	Методические замечания. 2. Диапозитивы. 3. Опыт I. Центрирование света в проекционном фонаре школьного типа. 4. Опыт 11. Центрирование света в малом проекционном фонаре и в оптической скамье. 5. Опыт 111. Проектирование на экране диапозитивов. 6. Опыт IV. Изучение проекционного фонаря и экрана.
§ 22.	Эпископическое проектирование. 1. Опыт 1. Центрирование света в эпископе и проектирование картин.......................149
§ 23.	Диаскопическое проектирование приборов...................150
1.	Методические замечания. 2. Опыт I. Капилляры. 3. Опыт II. Выделение металла на катоде при электролизе.
§ 24.	Теневое проектирование...................................153
1.	Принцип теневого проектирования. 2. Источник света.3. Объекты для теневого проектирования. 4. Установка для теневого проектирования. 5. Опыт I. Движение проводника в магнитном поле.
6.	Опыт II. Восходящие потоки горячего воздуха. 7. Опыт III. Наблюдение паров эфира. 8. Опыт IV. Магнитные спектры.
9.	Опыт V. Колебательное движение ветвей камертона.
Глава пятая. Демонстрационные опыты по простейшим физическим измерениям.
§ 25.	Измерения длины, объёма и веса..........................161
§ 26.	Силы и их измерения.....................................163
527
Глава шестая. Демонстрационные опыты по свойствам твёрдых, жидких и газообразных тел.
§27.	Свойства твёрдого тела....................................166
§ 28.	Свойства жидкости..........................................168
§ 29.	Закон Архимеда для жидкостей и газов.......................177
§ 30.	Свойства газов............................................189
§ 31.	Воздушные насосы..........................................202
§ 32.	Молекулярные явления......................................218
Глава седьмая. Демонстрационные опыты по механике,
§ 33.	Виды движения. Инерция. Трение............................224
§ 34.	Работа и анергия. Простые механизмы.......................231
Глава восьмая. Демонстрационные опыты по теплоте.
§ 35.	Нагреватели и посуда.......................................240
1.	Источники теплоты. 2. Посуда и правила пользования ею. 3. Нагревание и кипячение воды в толстостенной стеклянной посуде.
§ 36.	Расширение тел от нагревания...............................243
§ 37.	Передача теплоты...........................................251
§ 38.	Количество теплоты. .....................................  269
§ 39.	Изменение состояния	вещества..............................270
§ 40.	Тепловые машины............................................278
Глава девятая. Демонстрации по электричеству.
§ 41.	Меры к предохранению приборов от гибели....................279
1.	Причины гибели приборов и перегорания проводов. 2. Правила составления цепи. 3. Недостатки в изоляции. 4. Нормы напряжения и тока для приборов. 5. Приборы постоянного и переменного тока. 6. Назначение обозначения полюсов.
§ 42.	Электростатика.............................................287
§ 43.	Электрическая цепь. Реостаты..............................299
1.	Методические замечания. 2. Обзор опытов по теме: «Действия электрического тока». 3. Обзор опытов по теме: «Электрическая цепь». 4. Типы реостатов. 5. Проволочные реостаты с движком.
6.	Расчёты при включении проволочных реостатов. 7. Ламповый реостат. 8. Водяной реостат.
§ 44.	Превращения химической энергии в	электрическую	и обратно. . 305
§ 45.	Измерительные приборы. Законы электрического	тока..........315
§ 46.	Тепловые действия тока.....................................331
§ 47.	Магнетизм..................................................341
§ 48.	Электромагнетизм...........................................350
§ 49.	Движение проводника в магнитном	поле.	Электромоторы. . . . 364
§ 50.	Электромагнитная индукция..................................377
§ 51.	Переменный ток.............................................391
Глава десятая. Демонстрации по оптике и акустике.
§ 52.	Общие замечания к опытам но оптике.........................400
§ 53.	Распространение света......................................402
§ 54.	Отражение света............................................405
§ 55.	Преломление света..........................................412
§ 56.	Дисперсия света. Цвета тел.................................422
§ 57.	Акустика. .................................................432
528
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ В СЕМИЛЕТНЕЙ ШКОЛЕ.
Глава одиннадцатая. Методические замечания к лабораторным работам.
§ 58.	Об использовании результатов лабораторных работ..........438
§ 59.	Ошибки при измерениях и их влияние на вычисления.........441
1.	Виды ошибок при измерениях. 2. Ошибки учащихся при отсчётах. 3. Вычисления при решении задач.
§ 60.	О выполнении студентами лабораторных работ................449
1.	Подготовка и выполнение работы. 2. Инструкция и форма записи.
Глава двенадцатая. Лабораторные работы по основным измерениям.
§ 61.	Лабораторные работы: Измерение длин.......................451
§ 62.	Лабораторные работы: Измерение площадей и объёмов.........458
§ 63.	Лабораторные работы: Взвешивание и определение удельного веса. 461
Глава тринадцатая. Лабораторные работы по механике.
§ 64.	Лабораторные работы: Рычаг. Измерение динамометром........467
Глава четырнадцатая. Лабораторные работы по теплоте.
§ 65.	Лабораторные	работы: Графики температур..................473
§ 66.	Лабораторные	работы: Калориметрия........................476
Глава пятнадцатая. Лабораторные работы по электричеству.
§ 67.	Лабораторные	работы: Электрическая цепь..................481
§ 68.	Лабораторные	работы: Электрические измерения.............487
§ 69.	Лабораторные	работы: Магнетизм. Электромагнетизм.........495
Глава шестнадцатая. Лабораторные работы по оптике.
§ 70.	Лабораторные работы: Отражение и преломление света.......500
§ 71.	Лабораторные работы: Получение изображений с помощью линз. 505
Приложения.
§ 72.	Зарядка аккумуляторов....................................509
§ 73.	Ветросиловая школьная электростанция.....................516
§ 74.	Список литературы по методике и технике физического эксперимента 518
Редакторе. Н. Жарков. Технические редакторы В.П. Рожин и Н. П.Цирульницкий. Корректор 3. В. Шутова.
Подписано к печати 16/11 1948 г. А 01932.
Печатных листов 33 л. вклейки. Учетно-издат. л. 33,48 + 0,15 л. вклейки.
В 1 печ. листе 40 тыс.^гип. знаков. Цена 11 р. 20 коп.
Отпечатано в типографии Т-4 с матриц 1-й Образцовой типографии треста «Полиграф-книга» Огиза при Совете Министров СССР. Москва, Валовая, 28.
Цбпя 11 руб. 20 коп