Ребко Т.М., Ребко А.Т. Универсальный демонстрационный прибор по физике

Широкое использование демонстрационных опытов, умелое привлечение учащихся к выполнению несложных приборов и экспериментов, рациональная организация лабораторных работ и занятий физического практикума позволяют учителю сделать уроки интересными, содержательными, воспитывающими. Нередко, обдумывая материал урока, учителя создают свои приборы, установки для опытов, чтобы демонстрации стали еще нагляднее и понятнее учащимся.

Используя предложение автора [1], мы разработали, изготовили с участием студентов и используем в работе демонстрационный прибор с широкими методическими возможностями (рис. 1).

Рис. 1

Прибор состоит из основания 1,медной скобы 2,контактов для подведения тока 3, зеркала 4,стоек 5, подвижной шкалы 6,зажима 7, подшипников 8, перемычки 9.

Основной деталью служит скоба из медной проволоки, помещенная между полюсами магнитов. Скоба 2 прямоугольной формы имеет следующие размеры: ширина — 105 мм, высота — 175 мм; диаметр проволоки — 2 мм. Надежность контактов в точках подвеса скобы обеспечивается ее достаточным весом. Перемычка 9 изготавливается из диэлектрика и приклеивается к металлическим направляющим 10. Зажим 7 используется при демонстрации зависимости силы вязкого трения от формы тела. С помощью винта 11 в зажиме устанавливаются тела различной формы. Для уменьшения трения в местах направляющих установлены подшипники качения.

Зеркало 4 выполняется поворотным для удобства корректировки падающего на него луча. Подвижность шкалы 6 позволяет легко устанавливать отраженный от зеркала луч на ноль. Для получения светового луча применяется осветитель теневой проекции.

НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРА

1. Демонстрация действия магнитного поля на ток; зависимости величины силы, действующей на проводник с током, от различных факторов; направления движения проводника с током в магнитном поле

Магнитное поле создается постоянным магнитом 12,действует это поле в основном на горизонтальную, часть проводника. О величине силы, действующей на проводник, можно судить по отклонению светового луча по шкале. Это позволяет экспериментально доказать справедливость формулы F= I∙B∙l∙sina.

Для измерения силы тока служит демонстрационный амперметр с шунтом на 10 А и соответствующей шкалой для постоянного тока. В качестве источника тока используем выпрямитель ВС-24М.

Увеличивая силу тока в два раза, можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличивается в два раза. Прибавив еще один такой же магнит, мы примерно в два раза увеличиваем длину той части проводника, на которую действует магнитное поле. Сила при этом также увеличивается приблизительно в два раза.

Анализ полученных результатов приводит к заключению, что сила, с которой данное магнитное поле действует на проводник, пропорциональна силе тока и длине проводника, находящегося в магнитном поле: F~I∙l.

После этого заменяем магниты двумя другими, тех же размеров и формы, но более «слабыми» и обнаруживаем, что при прежних значениях Iи lсила, действующая на проводник, оказывается меньше. На этом основании полагаем, что сила зависит также от магнитной индукции В.

Спомощью этого прибора можно продемонстрировать также известное учащимся правило левой руки. Определив направление магнитного поля и направление, по которому будет течь ток в горизонтальном участке скобы при замыкании цепи, применив правило левой руки, учащиеся заранее могут определить, как должна вести себя скоба, когда по ней пойдет ток.

Правильность сделанного предположения проверяем опытом. При включении тока скоба втягивается внутрь подковообразного магнита или, наоборот, выталкивается наружу.

Наконец, сила Ампера зависит от угла, образованного вектором  с проводником. В этом можно убедиться, меняя наклон магнитов так, чтобы изменялся угол между проводником и линиями магнитной индукции.

2. Зависимость силы вязкого трения от формы и размеров тела

С помощью зажима 7 закрепляем сначала тела различной формы с одинаковой площадью поперечного сечения (рис. 2) из известного демонстрационного комплекта. Неизменную скорость обтекающего потока создаем с помощью воздуходувки. По величине отклонения зайчика по шкале 6 устанавливаем, что наибольшая сила вязкого трения действует на плоскую шайбу, а наименьшая — на тело каплеобразной формы. Подчеркиваем, что такую форму стараются придать всем телам, движущимся в жидкостях или газах. Затем показываем зависимость силы вязкого трения от размеров тела.

Рис. 2

Можно также продемонстрировать и зависимость силы вязкого трения от скорости обтекающего потока.

1. Кротов В.Н. Исследования действия магнитного поля на ток // Физика в школе. — 1991. — № 6. — С. 55-56.