Штуро А.И. Устройство для изучения закона сохранения и превращения энергии

Штуро А. И. Устройство для изучения закона сохранения и превращения энергии в электромагнетизме и механике // Фізіка: праблемы выкладання. — 2009. — № 6. — С. 17—18.

Для большей наглядности на уроках физики часто приходится применять приспособления и приборы, придуманные и изготовленные в школе.

Хочу поделиться опытом использования на уроках устройства для изучения закона сохранения энергии. Конечно, для демонстрации этого закона у нас есть и готовое оборудование, хотя с годами оно своё уже отработало и демонстрация, особенно в электрических и магнитных явлениях, не всегда выглядит эффектно.

На занятиях кружка электроники, которым я руковожу, возникла идея создания демонстрационной установки, позволяющей иллюстрировать превращение энергии заряженного конденсатора в энергию магнитного поля катушки индуктивности, когда по её виткам идёт разрядный ток. Хотелось сделать так, чтобы с помощью прибора можно было демонстрировать превращение кинетической энергии в потенциальную, наблюдая за полётом "снаряда".

В 2008 году мои ученики успешно защитили этот прибор на 10-й областной научно-практической конференции "Квант" и заняли призовое место. Коллеги предложили поделиться опытом с более широким кругом учителей.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Принципиальная электрическая схема созданного нами прибора показана на рисунке 1.

Устройство состоит из источника питания, в котором применяется трансформатор ТВК-110, диодного мостика КЦ, блока конденсаторов С1-СЗ (ёмкостью 1000 мкФ, 2000 мкФ и 4000 мкФ на напряжение 50 В), катушки индуктивности (подойдёт от электромагнита для лабораторных работ), переключателей ёмкости К1-КЗ; переключателя рода работ К4.

Для индикации процесса зарядки конденсатора в схему включена лампа Л1.

Лампы Л2-4 являются индикаторами включения заданной ёмкости С1-3.

Клеммы К1-2 служат местом для подключения дополнительной ёмкости, а при положении ключа К4 в состоянии 1 они используются как источник постоянного напряжения 24 В.

Схема работает следующим образом.

В положении 1 переключателя К4 напряжение с диодного моста подаётся на один из конденсаторов, выбранный с помощью ключей К1-КЗ. В положении 2 переключателя К4 весь заряд с конденсатора подаётся на катушку индуктивности. В ней возникает ток, и внутри нарастающее магнитное поле создаёт индукционный ток в гильзе из тонкой жести, которая свободно может перемещаться. Благодаря взаимодействию магнитных полей катушки и гильзы происходит её выталкивание наружу с приличной скоростью на высоту Н (более 1 метра при ёмкости 2000 мкФ). Масса гильзы примерно 1 грамм. Можно исследовать зависимость высоты подъёма гильзы от ёмкости конденсатора.

Внешний вид прибора показан на рисунке 2.

На передней панели расположены лампа Л1, лампы Л2-4, переключатели К1-3.

На верхней панели расположен переключатель рода работ К4 (заряд — разряд) и отверстие для размещения гильзы — снаряда. В конструкции предусмотрена штанга-линейка и направляющая нить во избежание потери гильзы после выброса.

При сборке используется навесной монтаж. Все детали доступны, и изготовление прибора вполне под силу для повторения любому, кто имеет небольшие навыки в сборке электросхем.

Конструкция позволяет оживить урок и успешно решить многие вопросы при объяснении или при закреплении материала.

С помощью установки могут быть продемонстрированы многие опыты и предложены следующие экспериментальные задачи:

■ проверка закона сохранения энергии;

■ определение КПД устройства;

■ проверка зависимости энергии конденсатора от его ёмкости;

■ измерение скорости и кинетической энергии;

■ определение баллистических характеристик тела при стрельбе под углом к горизонту.

ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРОМ

Выбрать с помощью К1-3 нужную ёмкость.

Переключатель К4 поставить в положение "заряд".

Дождаться, пока погаснет лампа Л1.

Опустить в отверстие гильзу.

Переключить К4 в положение "разряд".

Визуально зафиксировать высоту подъёма гильзы после её вылета.

Изменив при помощи переключателя К1-3 ёмкость, опыт можно повторить.

Для подключения внешнего конденсатора необходимо отключить все секции К1-3, а конденсатор подключить к клеммам К1-2, соблюдая полярность.

При использовании клемм К1-2 в качестве источника тока необходимо К4 поставить в положение "заряд".

 

Выложил
Опубликовано 01.08.16
Просмотров 1853
Рубрика Приборы, оборудование
Тема Законы сохранения
Магнитное поле
Комментарии

Комментарии (0)

Оставить комментарий

Пожалуйста, войдите, чтобы комментировать.

Последние комментарии

Sergey Kozhinin

10. апреля, 2018 |

Задача №4. По условию стыковка должна произойти "без дополнительной...

Сакович

14. сентября, 2016 |

Этот вопрос надо задавать не мне, а авторам статьи. Их данные можно...

Где взять?

14. сентября, 2016 |

Напишите пожалуйста, где взять такую базу?