Ребко Т.М., Ребко А.Т. Об изготовлении самодельных физических приборов

Учебный эксперимент является одновременно источником знаний, видом наглядности и одним из главных методов преподавания физики.

Еще в 1900 году профессор О.Д.Хвольсон, отстаивая необходимость экспериментального метода, подчеркивал, что преподавание физики, в котором эксперимент не составляет основы и краеугольного камня всего изложения, должно быть признано бесполезным и даже вредным.

Выполняя лабораторные работы, наблюдая физические опыты, учащиеся начинают любить сам процесс познания окружающего мира. Опора на учебник и вместе с тем отход от него стимулируют познавательную активность, самобытное мышление, рождают и надолго сохраняют состояние увлеченности.

Однако в настоящее время общеобразовательные школы нашей страны нуждаются в лабораторном и демонстрационном оборудовании, так как материально-техническая обеспеченность кабинетов физики ухудшилась. В некоторой мере недостаток школьного учебного оборудования может быть восполнен изготовленными учителями с привлечением учащихся приборами, моделями, макетами, плакатами и т.д. Применяя их, можно значительно расширить возможности школьного физического эксперимента. Тем более, что сам процесс изготовления самодельных приборов представляет большую ценность в учебном и воспитательном отношениях.

Учащиеся, работая над изготовлением прибора, должны:

Создание и использование собственных «изобретений» учит детей рассуждать, фантазировать, аргументировать свои выводы; находить обоснованные решения различных задач; вырабатывает умения мыслить системно, продуктивно, нестандартно; пробуждает стремление к поиску новых идей, а это уже шаг к творчеству; готовит школьников к жизни, труду.

Подобная инновационная деятельность педагогов соответствует стратегии развития системы образования, которая предусматривает широкое внедрение в образовательный процесс развивающих технологий обучения.

Студенты нашего педагогического университета в качестве приложений к курсовым работам по общей физике и методике преподавания физики получают задания, направленные на разработку, модернизацию и усовершенствование оборудования физических кабинетов и лабораторий, и таким образом готовятся к инновационной и изобретательской деятельности в их будущей профессии.

В качестве конкретных примеров предлагаем наглядные пособия, выполненные студентами под нашим руководством в соответствии с указанной технологией.

Электрофильтр

Для изготовления прибора необходимо иметь: фанеру толщиной 3 мм, планки деревянные размером 170x35x3 мм — 2 шт. и две размером 110x35x3 мм, алюминиевую трубку длиной 80 мм, диаметром 25 мм, стеклянную трубку длиной 400-500 мм, диаметром 50-70 мм, фольгу, медную проволоку диаметром 0,1-0,2 мм.

Основание электрофильтра выполняют в виде ящика размером 170x110x3 мм (рис. 1). В верхней крышке основания выпиливают отверстие под стеклянную трубку с помощью лобзика. У края основания высверливают два отверстия диаметром 2 мм под клеммы, а в боковой стенке — отверстие для алюминиевой трубки (диаметр 25 мм). По всей длине стеклянной трубки приклеивают две полоски фольги шириной 10-15 мм. Эти полоски служат электродом. В качестве другого электрода используется медная проволока. Электроды выводят на клеммы.

Рис. 1

Этот прибор можно использовать на уроках физики при изучении темы «Виды газового разряда и их применение. Понятие о плазме». Для демонстрации действия электрофильтра электроды присоединяют к борнам «25 кВ» высоковольтного преобразователя «Разряд-1» или к электрофорной машине. В алюминиевую трубку (дымарь) необходимо положить тлеющий кусочек технической ваты. При этом наблюдается, как дым выходит из верхнего конца стеклянной трубки. Затем включают высокое напряжение. Выход дыма из трубки прекращается, хотя снизу внутрь трубки он продолжает поступать. Выключают ток, и выход дыма восстанавливается.

Объясняют действие электрофильтра. Как только у проволочки зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы, соударяясь с частицами пыли, «прилипают» к последним и заряжают их. Под действием сильного электрического поля внутри трубки заряженные частицы дыма устремляются к электродам, где и оседают.

Затем необходимо сказать, что на этом принципе работают различные электрические сепараторы и фильтры. Например, фильтр для очистки топочных газов представляет собой заземленную металлическую камеру, разделенную перегородками, между которыми натянуты изолированные проволоки. Между стенками камеры и проводами создают высокое напряжение, вызывающее коронирование вокруг проводов; частицы шлака, сажи, пыли электризуются и отталкиваются от проводов, притягиваясь к металлическим стенкам камеры и оседая на них, после чего попадают в приемники. Очищенные топочные газы уходят в трубу. С помощью электрофильтров можно очищать воздух городов и поселков от загрязнения.

Коронный разряд используется также для очистки воздуха от пыли в подземных дорогах, Минска, Киева, Москвы и других городов.

Электрифицированный плакат «Молекулярная модель газа»

Известно несколько опытов, позволяющих демонстрировать изменение давления газа при изменении его объема.

Для объяснения этой закономерности с точки зрения молекулярных представлений в качестве наглядного пособия можно использовать электрифицированный плакат. Корпус прибора размером 471x320x2,5 мм изготовляют из плиты ДСП, зафанеровывают и покрывают полиэфирным лаком. Переднюю панель (органическое стекло) окрашивают черной нитрокраской, «молекулы» — бесцветным нитролаком с добавлением перламутрового порошка и красного цвета пасты, выдавленной из стержня шариковой ручки. Для монтажа электрических лампочек, подсвечивающих «молекулы», изготавливается панель из листа жести размером 471x320 мм. Панель одновременно является и вторым проводом электрической цепи плаката. На ней размечается расположение лампочек и сверлятся отверстия диаметром 9 мм для их крепления. Лампочки соединяются параллельно, в 9 рядов, как показано на электрической схеме. Электрическую схему (рис. 2) собирают из следующих деталей: трансформатор понижающий с 220 В до 6,3 В; переключатель трехлинейный на 22 В, 1 А; лампочки на 6,3 В — 54 шт.; соединительные провода; сигнальная лампочка на 6,3 В; две такие же лампочки для подсвечивания табло с условными обозначениями давления p₁и р₂,соответствующих положениям поршня 1 и 2.

Рис. 2

Методика работы с плакатом

I. При объяснении зависимости давления газа от объема с молекулярно-кинетической точки зрения.

Приборвключают в сеть. При этом загораются лампочки 1, 2, 3, 5, 7 и 9-го рядов, подсвечивающие равномерно расположенные по объему сосуда «молекулы». Газ в этом состоянии характеризуется определенными значениями объема, плотности, давления. Затем переводят переключатель во второе положение и этим самым замыкают цепи лампочек, подсвечивающих «молекулы» 4, 5, 6, 7, 8 и 9-го рядов. В этом случае учащиеся видят, что то же количество «молекул» распределено также равномерно, но уже в меньшем объеме. Обращают внимание учеников на увеличение числа «молекул» в единице объема, то есть на возрастание плотности газа, а, следовательно, и повышение давления. Формулируют вывод.

II. При объяснении темы «Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля».

С помощью плаката объясняют, что в закрытом поршнем сосуде «молекулы» газа или жидкости распределены равномерно по всему объему. Если поршень вдвинуть несколько внутрь сосуда, то распределение «молекул» (благодаря их свободной подвижности) под поршнем станет более тесным, чем прежде, но оно останется равномерным. Значит, производимое давление передается всем частицам газа или жидкости, и на такую же величину увеличивается давление и на стенки сосуда. Затем дается формулировка закона и демонстрируется опыт с шаром Паскаля.