3.2. Гидростатика.

1. Гидростатический пресс.

Цель эксперимента:

Познакомиться с уровнем воды в сообщающихся сосудах

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Установите штатив как показано на рисунке. Приготовьте мензурку с примерно 250 мм воды.

-Зафиксируйте пробирки в держателе

для 2 пробирок, соедините их силиконовой трубкой (приблизительно 30 см), и закрепите держатель к левому стержню штатива.

-Наполните пробирки водой при помощи мини воронки так, чтобы уровень воды доходил примерно до середины обеих пробирок.

- Сравните уровни воды и запишите свои наблюдения под пунктом 1.

- Вылейте воду обратно в мензурку. Замените пробирку (d=8,5 см) пробиркой (d= 25 мм) и соедините последнюю при помощи фиксатора и держателя. Закрепите пробирку при помощи универсального зажима.

- Наполните пробирки водой до середины.

Если в силиконовой трубке образуются пузыри – выдавите их.

- Сравните уровни воды и запишите свои наблюдения под пунктом 2.

- Выньте пробирку (d= 25 мм) из универсального зажима и держите ее около пробирки (d=8,5 см). Изменяйте наклон и высоту, наблюдайте за уровнями воды, запишите свои наблюдения под пунктом 3.

Наблюдения:

1. Наблюдение: уровни воды в двух тонких трубках одинаковы.

2. Наблюдение: уровни воды в тонкой и толстой трубках одинаковы.

3. Наблюдение: уровни воды в двух трубках одинаковы в любом положении.

Оценка результатов измерения:

- Какова связь между уровнями в оды в сообщающихся сосудах?

В сообщающихся сосудах уровень воды всегда одинаков.

- Зависит ли уровень воды от диаметра или наклона пробирки?

Уровень воды не зависит от диаметра или наклона пробирки.

Примеры сообщающихся сосудов:

Датчик уровня воды в топливных баках, лужи-пруды с водой около рек и озер.

Замечание:

Соединенные сосуды часто называются сообщающимися сосудами.

артезианский колодец также основан на принципе сообщающихся сосудов.

В узких трубках уровень воды поднимается из-за действия капиллярности.

2. Гидростатический пресс.

Цель эксперимента:

Познакомиться с зависимостью гидростатического пресса от глубины.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Установите штатив как показано на рисунке. Приготовьте мензурку с приблизительно 250 мл воды.

- Зафиксируйте пробирки в держателе для двух пробирок и соедините их силиконовой трубкой (приблизительно 30 см) и прикрепите держатель для двух пробирок к левому стержню штатива.

-Наполните пробирки водой при помощи мини воронки так, чтобы меньше трети обеих пробирок были заполнено.

- Используя двойной держатель присоедините датчик давления к поддерживающему блоку и прикрепите всю конструкцию к правому стержню, так, чтобы мензурку можно было поместить ниже.

- Соедините трубкой датчик давления к U-образному манометру.

Сначала трубка датчика давления будет смотреть вверх, следовательно, вода не буде попадать в трубку.

Погрузите датчик давления в оду на 1 см. Считайте глубину погружения со шкалы датчика давления.

- Переместите пробирки U-образного манометра так, чтобы уровень воды в трубке датчика давления был 0 см.

- Измерьте разницу в уровнях воды U-образного манометра и запишите ее в таблицу.

- Повторите эксперимент с другой глубиной погружения.

- Повторите эксперимент для тех случаев, когда трубка датчика давления находится в стороне и ниже.

Результаты измерения

Оценка результатов измерения

- Какая величина измеряется кА разница уровней воды в U-образном манометре в этом эксперименте?

Это давление воды, соответствующее уровню погружения датчика давления.

-Как давление воды (гидростатическое давление) зависит от глубины воды?

Чем больше глубина воды, тем больше гидростатическое давление.

-Как изменяется давлении при разных направлениях измерений (давление снизу, давление со стороны и давление сверху)?

Давление не зависит от направления.

Замечание:

Справедливо, что p_h~h, где p_h – гидростатическое давление, а h – глубина воды.

- Разница уровней воды в U – образном манометре должна прямо соответствовать глубине погружения.

-Добавочное давление соответствует поверхностному натяжению и силе сцепления.

Для давления имеем: p= , где F – гравитационная сила столба воды, A – площадь поперечного сечения.

-Из этого следует, что гидростатическое давление p_h=ρ·g·h, где ρ – плотность, g – ускорение свободного падения, h – глубина.

3. Силы, действующие на тело в воде.

Цель эксперимента:

Знакомство с силами, которые действуют на тело в воде

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Установите штатив как показано на рисунке. Приготовьте мензурку и наполните ее приблизительно 200 мл воды.

- Привяжите веревку к отверстию в алюминиевом цилиндре так, чтобы можно было подвесить алюминиевый цилиндр к динамометру.

- Подвесьте алюминиевый брусок к динамометру и запишите гравитационную силу, действующую воздухе.

- Полностью погрузите подвешенный к динамометру алюминиевый брусок, прямо в воду и запишите силу (вес погруженного тела).

- Повторите эксперимент с одним и двумя грузами.

Результаты измерения

Оценка результатов измерения

- Что происходит с телом при погружении его воду?

Кажется, что тело становится легче, то есть вес воде меньше, чем в воздухе. Меньшая сила требуется для удерживания тела.

- Как это можно объяснить?

Кроме притяжения земли (гравитационной силы) на тело действует сила, направленная вверх.

- Сила Архимеда F_A может быть вычислена из разницы гравитационной силы F_G и веса погруженного в воду тела F_воды:

F_A = F_G- F_воды

Вычислите силу Архимеда и запишите ее в таблицу.

- Почему в воде можно поднять тяжелый камень, который нельзя взять в воздухе?

Благодаря силе Архимеда, вес погруженного в воду тела меньше, чем его вес в воздухе.

4. Сила Архимеда (выталкивающая сила).

Цель эксперимента:

Знакомство с тем фактом, что на тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте воду в мензурке.

-Налейте приблизительно 50 мл воды в измерительный цилиндр;

-Поместите оловянный цилиндр в измерительный цилиндр. Запишите свои наблюдения под пунктом 1).

-Погрузите оловянный цилиндр при помощи осевого подшипника полностью в воду. Запишите свои наблюдения под пунктом 2).

- Вставьте осевой подшипник в динамометр, аккуратно подтолкните оловянный цилиндр в воду при помощи динамометра.

-Сначала слегка погрузите оловянный цилиндр в воду и измерьте выталкивающую силу. Запишите наблюдения под пунктом 3).

- Полностью погрузите оловянный цилиндр в воду и измерьте выталкивающую силу. Запишите свои наблюдения под номером 4).

Наблюдения:

- 1). Оловянный цилиндр плавает в воде.

-2). Оловянный цилиндр перемещается в воде.

-3). Выталкивающая сила, действующая на частично погруженное в воду тело: 0,1 Н

-4). Выталкивающая сила, действующая на полностью погруженное в воду тело: 0,3 Н

Оценка результатов измерения

-Почему необходимо удерживать оловянный цилиндр в воде? Чтобы удерживать оловянный цилиндр под водой необходимо приложить силу.

-Таки образом, что действует на оловянный цилиндр?

На оловянный цилиндр действует сила, направленная вверх, которая называется выталкивающей силой.

-Справедливо утверждение, что, чем глубже тело погружено, тем большая выталкивающая сила на него действует.

Замечание: Выталкивающая сила рассчитывается соответствующим образом: F_A=ρ×V×g (по принципу Архимеда).

При V38 см³, ρ = 1 г/см³, и g=9,81 м/с²

F_A=0,37 Н.

В силу того, что на оловянный цилиндр (и осевой подшипник) действует гравитационная сила, измеренная выталкивающая сила получается немного меньше, чем та, которая была вычислена таким способом.

5.Закон Архимеда.

Цель эксперимента:

Познакомиться со связью между выталкивающей силой и гравитационной силой, действующей на вытесненную воду.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Налейте воды в измерительный цилиндр и приготовьте воду дополнительно в мензурке;

-Поместите измерительный цилиндр под водовыпускным отверстием сливного цилиндра и налейте воду в сливной сосуд до тех пор, пока она не начнет выливаться. Налейте воду, которая вытекла обратно в мензурку.

- Установите оборудование как показано на рисунке.

-Привяжете кусок веревки к алюминиевому бруску так, чтобы его можно было подвесить к динамометру.

-Подвесьте алюминиевый брусок к динамометру и запишите гравитационную силу в таблицу.

-Полностью погрузите алюминиевый брусок в воду и запишите гравитационную силу, действующую на погруженное в воду тело, в таблицу.

- Определите объем воды, которая вытекла, и запишите ее в таблицу.

Результаты измерения

Оценка результатов измерения

-Вычислите выталкивающую силу F_A из разницы между гравитационной силой в воздухе, F_G и гравитационной силой, действующая на погруженное в воду тело F_воды, и запишите ее в таблицу.

-Рассчитайте массу m и гравитационную силу F вытесненного объема воды и запишите эти значения в таблицу.

m=ρ·V, где ρ – 1г/см³ и F=m·g, где g=9,81 м/с²

- Каково соотношение между выталкивающей силой F_A и гравитационной силой F вытесненного объема воды?

-Выталкивающая сила точно равна гравитационной силе, действующей на вытесненный объем воды.

-Выталкивающая сила F_A, таким образом:

F_A=ρ·V·g, где F_A – выталкивающая сила, V – объем вытесненной жидкости, ρ – плотность жидкости, m (=ρ·V) – масса вытесненной жидкости,

g – ускорение свободного падения.

Замечание: Говорят, что Архимед открыл этот закон, принимая ванну. Это дало ему возможность определить пропорцию золота в короне. Для этого он подвесил известное количество золота к весам. Весы были уравновешены, так как обе массы были равны. Когда весы были погружены в воду, золото утонуло, так оно имело меньший объем, а, следовательно, на него действовала меньшая выталкивающая сила из-за высокой плотности. Таким образом стало понятно, что меньшее количество золота было использовано, чтобы сделать корону и разница в массе компенсировалась добавкой других материалов.

6. Плавание тел.

Цель эксперимента:

Познакомиться с условиями, при которых тело тонет или плавает

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте, примерно 200 мл воды в мензурке.

- Поместите цилиндр в воду. Запишите ваши наблюдения в таблицу.

Внимание: свинец ядовитый и может попасть в тело через кожу. Поэтому избегайте прямого контакта со свинцовой дробью. Вымойте тщательно руки после проведения эксперимента.

- Насыпьте все свинцовые пули в цилиндр, закройте его и поместите в воду. Запишите ваши наблюдения в таблицу.

- Насыпьте часть свинцовых пуль в цилиндр, закройте его снова и поместите в воду. Запишите ваши наблюдения в таблицу.

- Если цилиндр с небольшим количеством пуль плавает на поверхности, добавьте еще свинцовых пуль.

Если цилиндр с пулями тонет, высыпьте немного свинцовых пуль.

Если цилиндр с пулями плавает в воде, то в нем находится нужное количество свинцовых пуль. Запишите свои наблюдения в таблицу.

Завяжете вокруг цилиндра, наполненного пулями, веревку. Используя динамометр, определите гравитационную силу в воздухе, запишите ее в таблицу.

- Полностью заполните цилиндр свинцовыми пулями. Определите гравитационную силу и запишите ее в таблицу.

- Повторите эксперимент с совершенно пустым цилиндром.

-Точно налейте в измерительный цилиндр

60 мл воды и полностью погрузите в него цилиндр. Определите объем цилиндра и запишите его под пунктом 2.

Результаты измерения

-1.) Таблица

-2.) Объем цилиндра: V=38 мл

Оценка результатов измерения

Вычислите гравитационную силу и соответственно выталкивающую силу полностью погруженного в воду цилиндра, зная объем цилиндра и гравитационную силу, действующую на вытесненный объем воды.

F_G=F_В=ρgV (Закон Архимеда), где ρ = 1 г/см³, а g=9,81 м/с².

При V≈38 см³ получается F_В=0,37 Н.

-Какое условие справедливо для каждого случая?

Тело тонет: F_В < F_G

Тело плавает в воде: F_В = F_G

Тело плавает на поверхности воды: F_В > F_G.

-Для случая, когда тело плавает на поверхности, также гравитационная сила и выталкивающая должны быть равны. Как появляется выталкивающая сила, которая на самом деле действует?

На самом деле действующая выталкивающая сила вызвана той частью тела, которая погружена в воду.

-Какова величина гравитационной силы или массы вытесненной воды когда речь идет о корабле?

Гравитационная сила или масса вытесненной воды соответствуют гравитационной силе или массе корабля.

-Что происходит, когда корабль нагружают? Гравитационная сила, действующая на корабль, увеличивается. Следовательно, увеличивается часть корабля, погруженная в воду. Это ведет к тому, что еще больше воды вытесняется и, соответственно выталкивающая сила увеличивается.

Замечание:

-Рыба может увеличивать свой объем за счет плавательного пузыря. Это позволяет ей подниматься и погружаться.

-В случае подводной лодки, вода наливается в специальный балластный бак, чтобы способствовать погружению. Чтобы подводная лодка поднялась, вода выкачивается. Таким образом, масса подводной лодки (или гравитационная сила) изменяется.

7. Капиллярное явление.

Цель эксперимента:

Познакомиться с капиллярным явлением.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте воду в мензурке.

-Для повышения наглядности, добавьте в воду красящее вещество.

- Наблюдайте за поверхностью водой у края мензурки и запишите свои наблюдения под пунктом 1.

-Погрузите нагнетательную трубу в воду и вытащите ее снова. Запишите свои наблюдения под пунктом 2.

-Высушите нагнетательную трубу тряпкой или подув в нее. Затем держите нагнетательную трубу над водой так, чтобы она едва касалась поверхности воды. Запишите свои наблюдения под пунктом 3.

Держите капиллярный аппарат над водой так, чтобы он только касался поверхности воды. Запишите свои наблюдения под пунктом 4.

Замечание: в зависимости от жесткости используемой воды, а также в случае загрязнения капилляров, рекомендуется добавить в оду мыла, чтобы вода лучше поднималась в воду. Высушите капиллярный аппарат перед тем, как повторить эксперимент.

Наблюдения:

1. Наблюдение: у стенки мензурки вода слегка поднимается.

2. Наблюдение: часть воды осталась в нагнетательной трубе.

3. Наблюдение: часть воды поднялось в нагнетательную трубу.

4. Наблюдение: чем меньше диаметр капилляра, тем выше вода поднимается в нем.

Оценка результатов измерения

- Что необходимо, чтобы вода поднялась в капиллярах (узких трубках) и осталась там?

Сила.

- Как можно объяснить этот эффект?

Между молекулами стенки трубки и молекулами воды действует сила.

- Примеры капиллярного явления?

Губка, поглощающая воду, грунтовые воды поднимаются на поверхность земли, вода поднимается в деревьях, парафин поднимается в фитиле.

Замечание:

Диаметры отдельных капилляров в капиллярном аппарате составляют 1 мм, 2 мм, 3мм и 4 мм.

Капиллярная высота обратно пропорциональна радиусу r трубки: h~ .

-Cила, действующая между молекулами стенки трубки и молекулами воды, называется адгезионная сила (сила сцепления).

Сила, действующая между молекулами воды – это когезионная сила (сила сцепления), которая также является причиной поверхностного натяжения.

8. Вытеснение воды воздухом.

Цель эксперимента:

Познакомиться с тем фактом, что воздух занимает объем

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте в мензурке приблизительно 175 мл воды.

- Окрасьте воду красящимся веществом.

-Поместите измерительный цилиндр в воду отверстием вниз, запишите свои наблюдения под пунктом 1.

-Вытащите измерительный цилиндр из мензурки и положите туда алюминиевый брусок.

-Погрузите измерительный цилиндр в воду так, чтобы алюминиевый брусок полностью находился в измерительном цилиндре, запишите свои наблюдения под пунктом 2.

- Осторожно поднимите измерительный цилиндр так, чтобы его края слегка были погружены в воду, запишите свои наблюдения под пунктом 3.

Наблюдения

1. Вода не попадает в цилиндр.

2. Из мензурки выходит пузырь воздуха.

3. Вода попадает в измерительный цилиндр.

Оценка результатов измерения

-Как можно объяснить первое наблюдение?

Воздух в измерительном цилиндре не может быть вытеснен, так как он тоже занимает объем. Поэтому воздух вытесняет воду, так же как это было с твердым телом

- Как можно объяснить второе наблюдение?

Воздух в измерительном цилиндре вытесняет воду, но не алюминиевый блок, который в свою очередь вытесняет воздух

- Каков объем воздуха, вытесненного из измерительного цилиндра?

Объем воздуха соответствует объему алюминиевого цилиндра, который находится внутри измерительного цилиндра.

- Как можно объяснить третье наблюдение?

Так как внутри измерительного цилиндра уже нет алюминиевого бруска, объем теперь занят водой, и воздух не может туда попасть.

Замечание:

Количество воды в мензурке должно быть таким, чтобы вода не выливалась, при погружении измерительного цилиндра и чтобы алюминиевый брусок мог быть полностью погружен.

- Даже в первом эксперименте часть воды попадает в измерительный цилиндр, так как воздух слегка сжимается из-за гидростатического давления p_h.

- В третьем эксперименте уровень воды в измерительном цилиндре поднимается выше уровня воды в мензурке так как экспериментальное давление воздуха p_в больше, чем внутреннее давление p_i

p_в = p_i + p_h.

9.Водянной насос.

Цель эксперимента:

Изучение принципов работы водяного насоса

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Приготовьте в мензурке 250 мл воды.

-Присоедините кусок трубки к шприцу (приблизительно 5 см).

-Держите шприц с трубкой в воде и поднимите поршень немного вверх. Запишите свои наблюдения под пунктом 1.

Верните воду обратно в мензурку, опустив поршень шприца вниз до конца.

Установите эксперимент как показано на рисунке. Присоедините кусок трубки приблизительно 10 см длиной к модели насоса.

-Потяните поршень шприца вверх и запишите свои наблюдения под пунктом 2.

-Опустите поршень цилиндра снова вниз дл конца, запишите свои наблюдения под пунктом 3.

- Перемещайте поршень вниз и вверх несколько раз. Запишите свои наблюдения под пунктом 4.

Наблюдения:

-1. Вода попадает в трубку и шприц.

-2. Вода попадает в насос через всасывающий клапан А.

-3. Вода выкачивается через нагнетательный клапан В.

-4. Вода из мензурки накачивается вверх в сливной сосуд.

Оценка результатов измерения

-Как можно объяснить первое наблюдение?

В шприц образуется частичный вакуум при поднимании поршня вверх. Избыточное давление воздуха, действуя на воду, накачивает ее в шприц.

-Каковы функции всасывающего клапана А и нагнетательного клапана В в0 втором наблюдении?

Когда поршень поднимается вверх, частичный вакуум образуется в шприце и, следовательно, в насосе. Это приводит к тому, что нагнетательный клапан В оказывается закрытым и, вода за счет давления воздуха накачивается в насос через всасывающий клапан.

-Какова роль этих двух клапанов в третьем наблюдении?

Когда поршень шприца опускается вниз, в насосе образуется избыточное давление. Это приводит к тому, что закрывается всасывающий клапан и вода выкачивается.

Замечание:

-потенциальная энергия воды увеличивается за счет работы, совершаемой поршнем.

10. Измерение температуры.

Цель эксперимента:

Научиться измерять температуру и познакомиться с существующими шкалами температур.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите штатив как показано на рисунке и приготовьте лед в мензурке.

Налейте приблизительно 50 мл воды в колбу Эрленмейера и присоедините колбу универсальным зажимом.

-Поверните универсальный зажим с колбой так, чтобы по ними можно было поместить спиртовую горелку.

-Считайте комнатную температуру со шкалы термометра.

-Поместите термометр в воду в колбе Эрленмейера и считайте показания со шкалы термометра.

Поместите термометр в мензурку с водой и снова считайте показания с термометра.

-Поместите термометр обратно в колбу Эрленмейера, зажгите горелку и подождите, пока вода закипит. Снимите показания термометра.

Результаты измерения

Оценка результатов измерения

-В каких единицах измеряется температура?

В градусах Цельсия °С.

- Какие температуры особенно важны для температурной школы в Цельсиях?

0 ⁰С: точка замерзания воды;

100 ⁰С : точка кипения воды;

-В международной системе единиц (СИ) единицы температуры – Кельвины. (К).

Абсолютный ноль:

Т=0 К, υ=-273,15

Формула пересчета:

Т=υ+273, 15 , где численные значения Т и υ получаются при подставлении значения υ в .

Запишите Результаты пересчета в таблицу.

- Другая температурная шкала называется шкалой Фаренгейта, где температура замораживающей смеси: υ=-17,8

υ =37,0 . Перерасчет из градусов Цельсия в градуы Фаренгейта может быть сделан по следующей формуле:

,

где числовое значение в °F получается при подставлении значения υ в °С.

Запишите Результаты перерасчета в таблицу.

1. Электризация трением.

Цель эксперимента:

Познакомиться с явлением электризации трением.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Потрите поливинилхлоридный (ПВХ) стержень о лист бумаги.

Замечание: стержень можно потереть о другие материалы, такие как ткань или пластик. Успешность эксперимента в электростатике сильно зависит от окружающих условий, особенно от влажности.

- Подержите ПВХ стержень над маленькими полосками бумаги.

-Запишите свои наблюдения под номером 1.

-Повторите эксперимент с акриловым стержнем.

-Запишите Ваши наблюдения под номером 2;

-Потрите стержни и подержите их рядом с волосами;

- Запишите Ваши наблюдения под номером 3;

-Натрите стержень и осторожно поднесите его к электроскопу (или, например, к металлической ножке стола). Повторите эксперимент несколько раз. Внимательно прислушайтесь к тому, что Вы слышите во время эксперимента.

- Запишите Ваши наблюдения под номером 4.

Наблюдения

1 Наблюдение: кусочки бумажных полосок притягиваются к натертому (наэлектризованному) ПВХ стержню;

2 Наблюдение: кусочки бумажных полосок притягиваются к натертому (наэлектризованному) акриловому стержню;

3 Наблюдение: Волосы, также притягиваются к стержням.

4 Наблюдение: Появление слабых искр в электроскопе.

Оценка результатов измерения

- Какие изменения происходят со стержнями, когда их натирают?

После того, как стержни натирают (наэлектризовывают), они начинают притягивать предметы.

- (Относительно 4 наблюдения) Человек также может наэлектризоваться. Что произойдет, если заряженный человек дотронется до металлических перил или машины?

Проскочит ощутимая искра.

- Когда перед громом образуются тучи, то заряды перераспределятся таким образом, что разные тучи заряжаются разными зарядами. Как выглядит искра в этом случае?

Когда тучи разряжаются, то образуется молния.

Замечание:

-Говорят, что уже Фалес из Милета наблюдал электрический заряд на янтаре, который был наэлектризован. Понятие «электричество» происходит от греческого слова ηλεκρου (электрон), что означает янтарь.

2.Силы, действующие между электрическими зарядами.

Цель эксперимента:

Познакомиться силами и направлением действия сил, возникающих между электрическими зарядами

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Привяжите веревку к ПВХ и акриловому стержням по средине; сделайте с одной стороны петлю так, чтобы стержни могли быть подвешены к электроскопу.

-Сначала подвесьте ПВХ стержень (серый) к электроскопу. Натрите один конец стержня бумагой.

Замечание: стержень можно потереть о другие материалы, такие как ткань или пластик. Успешность эксперимента в электростатике сильно зависит от условий окружающей среды, особенно от влажности.

-Держите другой ПВХ стержень в руках и также натрите один из его концов бумагой. Поднесите этот конец к наэлектризованному концу подвешенного ПВХ стержня. Запишите Ваши наблюдения под № 1.

-Повторите эксперимент с акриловыми стержнями (прозрачными). Запишите Ваши наблюдения под № 2.

- Сожмите рукой натертый конец подвешенного акрилового стержня, а затем – ПВХ стержень;

Потрите концы акрилового и ПВХ стержней один о другой приблизительно 10 раз.

-Поднесите концы стержней к друг другу. Запишите свои наблюдения под № 3.

Наблюдения

1 Наблюдение: ПВХ стержень отклоняется в сторону от второго ПВХ стержня.

2 Наблюдение: акриловый стержень отклоняется в сторону от второго акрилового стержня.

3 Наблюдение: акриловый стержень поворачивается к ПВХ стержню.

Оценка результатов измерения

- Что происходит при натирании фрикционных стержней?

Заряды перераспределяются таким образом, что на стержнях остаются заряды.

-Почему фрикционные стержни начинают двигаться, когда второй стержень приближается к ним?

Между зарядами действует сила.

- В каком направлении действует сила между зарядами?

Одноименные заряды отталкиваются

Разноименные заряды притягиваются

- Что происходит, когда фрикционные стержни сжимаются рукой?

Заряды со стержня переходят на тело человека, т.е. фрикционный стержень разряжается.

-Почему не достаточно просто прикоснуться к фрикционному стержню?

Фрикционные стержни являются диэлектриками (изоляторами), поэтому заряд не может разрядиться.

3. Действия (работа) электроскопа.

Цель эксперимента:

Познакомиться с устройством и действием электроскопа.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Вырежьте металлизированную трубочку или соломку, чтобы она подходила к электроскопу (прибл. 14 см).

- Соломку проткните перпендикулярно булавкой около середины. Булавка не должна быть ровно по середине, так как трубочка встать вертикально в электроскопе.

-Подвесьте трубочку к электроскопу как стрелку, с булавкой в качестве оси.

Замечание: Если трубочка не встанет вертикально, или переверните ее, или проткните булавкой немного подальше от середины.

-Натрите ПВХ стержень куском ткани (например, об одежду).

-Дотроньтесь ПВХ стержнем до электроскопа. Если это необходимо, натрите стержень и снова дотроньтесь до электроскопа. Запишите Ваши наблюдения под № 1.

Дотроньтесь до электроскопа рукой и запишите Ваши наблюдения под номером 2.

-Натрите ПВХ стержень и снова дотроньтесь им до электроскопа.

- Подышите на разъем электроскопа и запишите Ваши наблюдения под номером 3.

Наблюдения

1 Наблюдение: Указатель (стрелка) отклоняется

2 Наблюдение: Указатель (стрелка) возвращается в вертикальное положение;

3 Наблюдение: Указатель (стрелка) медленно возвращается в вертикальное положение.

Оценка результатов измерения

-Что получается в результате натирания ПВХ стержня?

Натирая ПВХ стержень, заряды перераспределяются и стержень заряжается.

-Что происходит, когда до электроскопа стержня стержнем?

Заряд с ПВХ стержня переходит на электроскоп.

- Как можно объяснить первое наблюдение?

Заряды распределяются по электроскопу и его указателю. Заряды на электроскопе и указателе отталкиваются друг от друга, так как они имеют одинаковую полярность. Результирующее действие силы приводит к тому, что указатель (стрелка) отклоняется.

-Что происходит, когда Вы дотрагиваетесь до электроскопа рукой?

Заряд переходит на тело человека.

-Что происходит, когда Вы дышите на электроскоп?

Заряд снимается (разряжается), через тонкую влажную пленку на разъеме электроскопа.

Замечание:

Эксперимент также можно провести с соломинкой, так как на них всегда остается жидкость и они поэтому становятся электропроводящими.

4. Электрическая индукция электроскопа.

Цель эксперимента:

Познакомиться с явлением индукции на электроскопе

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

Вырежьте металлическое лезвие или соломку, чтобы она подходила к электроскопу (приблизительно 14 см).

- Лезвие проткните перпендикулярно булавкой около середины. Булавка не должна быть ровно по середине, так как трубочка встать вертикально в электроскопе.

- Подвесьте лезвие к электроскопу так, чтобы оно действовало как указатель (стрелка), при этом булавка будет осью.

Замечание: Если лезвие не выровнять вертикально, или переверните лезвие, или проткните его булавкой на большем расстоянии от середины.

-Натрите ПВХ стержень бумагой.

Замечание: стержень можно потереть о другие материалы, такие как ткань или пластик. Успешность эксперимента в электростатике сильно зависит от условий окружающей среды, особенно от влажности.

- Двигайте ПВХ стержень в разных направлениях относительно электроскопа. Запишите Ваши наблюдения под номером 2.

-Проведите быстро следующие этапы эксперимента и запишите Ваши наблюдения под номером 2.

а. Повторно зарядите ПВХ стержень, натерев его, и держите его над и под поперечной перекладиной электроскопа.

б. Дотроньтесь до электроскопа пальцем около указателя в течение некоторого времени.

в. Уберите ПВХ стержень.

г. Дотроньтесь до электроскопа наэлектризованным ПВХ стержнем.

Наблюдения:

1 Наблюдение: Когда ПВХ стержень наэлектризован и его подносят к электроскопу, стрелка отклоняется.

2. Наблюдение:

а. Заряженный ПВХ стрежень находится у электроскопа:

Стрелка отклоняется.

б. Когда до электроскопа дотрагиваются рукой:

Отклонение стрелки увеличивается.

в. Когда убирается ПВХ стержень:

Стрелка отклоняется снова.

г. После того, как до электроскопа снова дотрагиваются ПВХ стержнем:

Отклонение снова усиливается.

Оценка результатов измерения

-Электрическая индукция – это перемещение зарядов (электронов в проводнике) в электрическом поле. Как можно это использовать для объяснения первого наблюдения?

Одноименные заряды на электроскопе отталкиваются зарядами на ПВХ стержне, в то время как одноименные заряды притягиваются. На указателе одноименные заряды сталкиваются с друг другом.

-Как можно объяснить 4 этапа второго эксперимента?

а. В силу электрической индукции одноименные заряды расположены на указателе.

б. заряды снимаются (разряжаются) пальцем (рукой).

в ерь эти заряды «отсутствуют»

г. На электроскопе, т.е. он заряжается. Отсутствующие заряды замещаются зарядами с ПВХ стержня, и электроскоп разряжается снова.

5. Простая электрическая цепь.

Цель эксперимента:

Научиться собирать электрическую цепь и познакомиться с ее компонентами

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Вставьте однополюсник в держатель однополюсника, вверните лампу накаливания в держатель для лампы.

-Присоедините провода к клеммам лампового держателя и к держателю однополюсника так, чтобы монополюсник был присоединен к лампе. Запишите Ваши наблюдения под номером 1.

Замечание: Проследите, чтобы не соединить два контакта вместе, так как элемент сразу же выйдет из строя в случае короткого замыкания.

- Вставьте держатель элемента и ламповый держатель в съемную панель. Подсоедините провода к гнездам, используемым для держателя элемента и лампового держателя так, чтобы лампа была подсоединена к элементу. Запишите свои наблюдения под номером 2.

- Установите эксперимент со съемными шунтирующими мостами, держателем элемента и ламповым держателем, как показано на рисунке и запишите свои наблюдения под номером 3.

-выньте шунтирующие мосты. Запишите свои наблюдения под номером 4.

-Вставьте рычажный переключатель в разъемы, из которых Вы только что удалили шунтирующие мосты. Запишите свои наблюдения под номером 5.

-Удалите держатель для элемента из сменной панели и подсоедините провода в к разъемам. Подсоедините провода к 6 В (= или ~) разъему трансформатора и, если необходимо, поменяйте положение переключателя.

Запишите свои наблюдения под номером 6.

Замечание: Ни при каких обстоятельствах не применяйте более высокое напряжение так как это приведет к тому,, что лампы накаливания перегорит.

Наблюдения:

-1.) Лампа накаливания горит.

-2.) Лампа накаливания горит.

-3) Лампа накаливания горит.

-4) Лампа накаливания не горит.

-5) Лампу накаливания можно включить и выключить.

-6) Лампа накаливания светит ярко.

Оценка результатов измерения

- Почему горит лампа накаливания?

Лампа накаливания горит, если есть электрически проводящее соединение к источнику питания.

-Почему лампа накаливания не горит?

Лампа накаливания не горит, если нет соединения к источнику тока, или например, есть разрыв, или переключатель.

-Что происходит, когда горит лампа накаливания?

Течет электрический ток.

-Каковы основные элементы электрической цепи?

а. Источник тока: элемент или трансформатор;

б. Нагрузка: лампа накаливания;

в. Электрическое соединение: провода, шунтирующие мосты;

г. Переключатель.

Замечание:

-Если лампа горит слишком слабо для наблюдений, можно использовать другие лампы (например, 2,5 В или схожие).

-Если однополюсник слишком старый, ток слишком слабый, то лампа не будет гореть, даже если можно зафиксировать напряжение.

6. Проводники и диэлектрики.

Цель эксперимента:

Познакомиться с проводниками и диэлектриками

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите цепь как показано на рисунке. Для этого вкрутите лампу накаливания в ламповый держатель подсоедините зажимы типа «крокодил» к контактам.

-Приложите напряжение 6 В (= или ~) к проводам.

-Сначала мост открывает часть цепи с помощью шунтирующего моста для того, чтобы проверить, работает ли цепь.

-Удалите шунтирующие мосты.

-Замкните цепь при помощи крокодильчиков, соединив разные материалы один за другим.

-Каждый раз наблюдайте за лампой накаливания и запишите Ваши наблюдения.

Замечание: другие материалы также следует исследовать.

Наблюдения:

Оценивание результатов измерения:

-Какие материалы проводят электрический ток и, соответственно, являются проводниками?

Константан, железо, медь являются проводниками.

-Какие материалы не проводят электрический ток и, соответственно, являются не проводниками, а изоляторами?

ПВХ и акриловое стекло – изоляторы.

Замечание:

Константан – это сплав меди и никеля.

Металлы являются проводниками. Пластмасса (а также дерево и стекло) обычно являются изоляторами.

Влажные предметы (мокрая веревка) могут провести электрический ток в некоторой степени, и лампа накаливания будет слабо светить.

7. переключатель на два напряжения.

Цель эксперимента:

Познакомиться с переключателем на два напряжения

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите оборудование мостами, переключателем на два напряжения, держателями для лампы как показано на рисунке. Используя провода, соедините подсоедините электрическую цепь к 6 В (= или ~) разъему трансформатора. Запишите свои наблюдения под номером 1.

-Переключайте переключателем на два напряжения и запишите свои наблюдения под номером 2.

Наблюдения:

-1.) Первая лампа накаливания горит.

-2.) Первая лампа накаливания не горит, но вместо этого горит вторая лампа.

Оценивание результатов измерения:

-Сколько соединений имеет переключатель на два напряжения?

Переключатель на два напряжения имеет три соединения.

-Какая лампа горит в каждом случае?

В каждом случае горит та лампа, чья цепь замкнута при помощи переключателя на два напряжения.

- Какая польза от переключателя на два напряжения?

При помощи переключателя на два напряжения одновременно можно открыть одну цепь и замкнуть другую.

-Примеры:

Сигнал гаража: «красный-зеленый»

Зал ожидания: «Пожалуйста, подождите - Следующий, пожалуйста».

Замечание:

-знание переключателя на два напряжения является необходимым условием для проведения экспериментов с двухпроводной линией связи и с некоторыми логическими схемами.

-Если необходимо, опыт можно провести с 2 монополюсниками вместо трансформатора.

8. Схема «И».

Цель эксперимента:

Познакомиться с со схемой «И», уметь ее устанавливать

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите экспериментальное оборудование со съемными мостами, ламповым держателем как показано на рисунке. Подсоедините цепь к 6 В (= или ~)

Замечание: только нижний из двух контактов однополюсного переключателя используется в эксперименте, т.е. переключатели используются как простые переключатели. Поэтому их можно заменить простыми ключами.

-Включите оба переключателя в верхнее положение («открыто») и запишите Ваши наблюдения в таблицу.

Выберите положение переключателя в соответствии с таблицей и запишите Ваши наблюдения в таблицу.

Наблюдения:

Оценивание результатов измерения:

-Как подсоединяются переключатели?

Переключатели включаются в цепь последовательно.

-Когда лампа накаливания горит?

Лампа горит, когда оба переключателя замкнуты.

-Почему схема называется схема «И»?

Лампа накаливания горит только тогда, когда, при замкнутой цепи, если оба 1 и 2 переключателя замкнуты.

Примеры двухсторонней цепи:

Предохранительная цепь, электрический режущий автомат, где необходимо включать оба переключателя.

Замечание:

При желании, эксперимент можно осуществить с 2 элементами, вместо трансформатора.

9. Схема «Или».

Цель эксперимента:

Познакомиться с со схемой «Или», уметь ее устанавливать

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите экспериментальное оборудование со съемными мостами, однополюсными переключателями и ламповым держателем как показано на рисунке. Подсоедините цепь к 6 В (= или ~)

Замечание: только нижний из двух контактов однополюсного переключателя используется в эксперименте, т.е. переключатели используются как простые переключатели. Поэтому их можно заменить простыми ключами.

-Включите оба переключателя в верхнее положение («открыто») и запишите Ваши наблюдения в таблицу.

Выберите положение переключателя в соответствии с таблицей и запишите Ваши наблюдения в таблицу.

Наблюдения:

Оценивание результатов измерения:

-Как подсоединяются переключатели?

Переключатели включаются в цепь параллельно.

-Когда лампа накаливания горит?

Лампа горит, когда, по крайней мере, один из переключателей замкнут.

-Почему схема называется схема «ИЛИ»?

Лампа накаливания горит только тогда, когда, при замкнутой цепи, или 1 или 2 переключатель замкнут.

Замечание:

При желании, эксперимент можно осуществить с 2 элементами, вместо трансформатора.

10. Закон Ома.

Цель эксперимента:

Познакомиться с законом Ома.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите экспериментальное оборудование как показано на рисунке. Используйте сначала 2 батареи и резистор сопротивление 45 Ом.

-Подсоедините вольтметр и амперметр.

-Замкните переключателем цепь. Снимите значения тока и напряжения и запишите их в таблицу 1(не держите цепь замкнутой долго, чтобы батарейки быстро не разрядились).

-Повторите эксперимент с резистором сопротивлением 100 Ом.

-удалите держатель батарей из цепи и замкните цепь при помощи шунтирующих мостов.

-Повторите эксперимент с обоими резисторами и запишите показания в таблицу.

Результаты измерений:

-Таблица 1:

-Таблица 2:

Оценка результатов измерения:

-При конкретном значении напряжения U справедливо, что чем больше сопротивление R, тем меньше ток.

-При определенном значении сопротивления R справедливо, что чем больше напряжение, тем больше ток.

Запишите значение тока I в таблицу в Амперах.

-вычислите отношение и запишите его в таблицу.

-Какова связь между отношением и сопротивлением?

Отношение и сопротивление (приблизительно) равны:

R= .

-Это правило называется закон Ома и может быть записан в виде:

U=R·I или I=

-Единица Ω (Ом) сопротивления R получается соответственно:

1 Ω=1 .

Замечание:

измерение напряжения падает при увеличении нагрузки, т.е. при большем токе из-за падения напряжения при начальном сопротивлении батарей. Это падение напряжения возрастает в зависимости от «возраста» батарей.

Отклонение отношения от отмеченного значения сопротивления происходят из-за неточности измерительного инструмента и допустимого отклонения сопротивлений.

Эксперимент также может быть проведен как с прямым так и с переменным источниками тока.

1.Распространение света.

Цель эксперимента:

Познакомиться с тем явлением, что свет распространяется вдоль прямой линии.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите зажимной ползунок, установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс слева с краю.

-Установите оптическую скамью так, как показано на рисунке, чтобы она выступала справа.

одно за другим.

-Включите лампу и запишите свои наблюдения за поверхностью стола под номером 1.

-Установите зажимной ползунок на столе как препятствие.

Запишите свои наблюдения под номером 2.

-Установите зажимной ползунок с держателем для диафрагм и диапозитивов перед галогенной лампой, вставьте диафрагму с 5 щелями.

- Запишите свои наблюдение под номером 3.

Наблюдения:

1 Наблюдение: освещается вся поверхность стола.

2 Наблюдение: за препятствием образуется тень.

3 Наблюдение: образуются расходящиеся лучи.

Оценка результатов измерения

- В этом эксперименте, спираль накаливания галогенной лампы, которая имеет форму острия, используется как источник света.

Как можно объяснить первое наблюдение?

Свет от источника света распространяется во всех направлениях.

-Что можно наблюдать позади непрозрачных тел?

За непрозрачными телами образуется тень.

-Какие границы имеет тень во втором эксперименте?

Границы тени прямые и простираются в направлении источника света.

-В каком направлении идут световые лучи в третьем наблюдении?

Световые лучи идет в направлении источника света.

-Таким образом, как распространяется свет?

Свет распространяется вдоль прямолинейных траекторий

Замечание:

Скорость распространения света 300000 км/с.

2. Тень.

Цель эксперимента:

Знакомство с тенью и полутенью.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-При помощи зажимного ползунка установите держатель свечи с левой стороны измерительного металлического рельса.

-Поместите две свечи в держатели для свечей друг за другом, укрепив их воском.

-Установите оптическую скамью вертикально на расстоянии приблизительно 20 см как показано на рисунке, чтобы она была экраном

-Сначала зажгите одну свечу.

Держите вертикально карандаш по середине между свечой и экраном. Запишите ваши наблюдения под номером 1.

-Перемещайте карандаш между свечой и экраном. Запишите ваши наблюдения под номером 2.

-Зажгите вторую свечу, держите карандаш вертикально посередине.

Запишите ваши наблюдения под номером 3. Обратите особое внимание на яркость.

-Перемещайте карандаш по направлению к экрану. Запишите ваши наблюдения под номером 4.

Наблюдения:

1 Наблюдение: карандаш отбрасывает тень на экран.

2 Наблюдение: чем ближе к свечи объект, отбрасывающий тень, тем больше тень.

3 Наблюдение: наблюдаются тени. тени кажутся немного светлее.

Оценка результатов измерения

- Как можно объяснить второе наблюдение?

Размер тени изменяется потому, что свет, который распространяется от источника света, отклоняется.

-Почему тень в третьем эксперименте становится менее темной?

Каждая тень освещается светом от другой свечи.

-Что происходит, когда отбрасывающий тень объект, перемещается к экрану?

Образуется область тени, которая вообще не освещается ни одной из свечей.

-Область тени, которая вообще не освещается, называется тенью, а та область, которая частично освещается источником света, называется полутенью. В каком порядке образуются эти области тени в случае двух источников света?

За светлой областью, которая освещается обеими свечками, следует полутень. Затем тень и снова полутень.

Замечание:

в случае источника света конечного размера, образуется полутень и ее яркость простирается по направлению к границам тени.

Во время солнечного затмения так же есть тень и полутень. В области полутени (при неполном солнечном затмении) часть солнца видна по сравнению с тенью (при полном солнечном затмении).

3. Закон отражения.

Цель эксперимента:

Познакомиться с законом отражения

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Используя зажимной ползунок, установите галогенную оптическую лампу на измерительный рельс в крайнее левое положение (положение 0).

- Установите ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В в левое отверстие зажимного ползунка, а держатель для слайдов и диафрагм - в правое отверстие.

-Вставьте диафрагму с 1 щелью в держатель для слайдов и диафрагм так, чтобы щель выровнялась вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она возвышалась справа.

-Установите галогенную лампу. Выровняйте нить накала лампы вертикально, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В так, чтобы на оптической скамье можно было наблюдать световой пучок параллельными границами.

- Поставьте комбинированную зеркальную модель на оптическую скамью так, чтобы ее плоская поверхность была перпендикулярна световому пучку. Запишите свои наблюдения под пунктом 1.

-Слегка поверните комбинированную зеркальную модель. Запишите свои наблюдения под номером 2.

Поместите лист бумаги на оптическую скамью, отметьте плоскую поверхность и световой пучок до и после отражения под определенным углом.

Наблюдения:

1. Наблюдение: если световой пучок падает перпендикулярно, то он отражается обратно как отражение самого себя.

2. Наблюдение: если световой пучок падает под углом, то он отражается в другом направлении.

3. Наблюдение: нарисуйте плоскую поверхность зеркала и световой луч и нормаль к точке отражения.

Оценивание результатов измерения:

-Как ведет себя световой луч, когда он падает на зеркало?

Световой луч отражается.

- Измерьте угол между падающим лучом и нормалью (угол падения ) и угол между отраженным лучом и нормалью (угол отражения ). Каково отношение между углом падения и углом отражения в случае плоского зеркала?

Закон отражения:

Угол падения =углу отражения .

4.Ход лучей в различных зеркалах.

Цель эксперимента:

Познакомиться с ходом лучей в плоском, вогнутом и выпуклом зеркалах

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

- Используя зажимной ползунок, установите галогенную оптическую лампу на измерительный рельс в крайнее левое положение (положение 0).

- Установите ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В в левое отверстие зажимного ползунка, а держатель для слайдов и диафрагм - в правое отверстие.

-Вставьте диафрагму с 5щелями в держатель для слайдов и диафрагм так, чтобы щели выровнялись вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она возвышалась справа.

-Установите галогенную лампу. Выровняйте нить накала лампы вертикально, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В так, чтобы на оптической скамье можно было наблюдать 5 параллельных световых пучков.

- Поставьте комбинированную зеркальную модель на оптическую скамью так, чтобы плоская поверхность была перпендикулярна световым лучам. Все 5 световых пучков должны падать на плоскую поверхность. Запишите свои наблюдения под номером 1.

-Повторите эксперимент с вогнутой и выпуклой поверхностями.

Запишите свои наблюдения под номерами 2 и 3.

Наблюдения:

1. Как ведет себя луч, попадая на плоскую поверхность комбинированной зеркальной модели?

- Если световые лучи падают перпендикулярно, то они отражаются обратно.

- Если световые лучи падают под углом, то они отражаются в другом направлении, но остаются параллельными.

2. Как ведет себя луч, попадая на вогнутую поверхность комбинированной зеркальной модели?

- Если световые лучи падают перпендикулярно, то они пересекаются водной точке под определенным углом.

- Если световые лучи падают под углом, то внутренние световые лучи пересекаются в другой точке по сравнению с внешними световыми лучами.

3. Как ведут себя световые лучи после попадания на выпуклую поверхность комбинированной зеркальной модели?

Отраженные световые лучи расходятся.

Оценивание результатов измерения:

- В зеркале параллельные световые лучи отражаются следующим образом:

-плоское зеркало: параллельно

-вогнутое зеркало: лучи сходятся в одной точке.

-выпуклое зеркало: расходятся.

Примеры зеркал:

-плоское зеркало: зеркало в ванне.

-вогнутое зеркало: отражатели фары в машинах, зеркала для бритья для увеличения

-выпуклое зеркало: зеркала на дорогах

Замечание:

-Отражающая поверхность в сферических вогнутых зеркалах – это сферическая поверхность, тогда как для параболического зеркала – это параболоид вращения. В параболическом зеркале все световые лучи пересекаются в фокусе.

- В спутниковых тарелках, также выпуклые зеркала с радиоприемником, расположенном в фокусе.

5. Отражение от полукруглой поверхности.

Цель эксперимента:

Познакомиться с поведением световых лучей при переходе из воздуха в акриловое стекло.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-При помощи зажимного ползунка установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс в крайнее левое положение (положение 0см).

-Поставьте зажимной ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В (F=10 см) слева перед зажимным ползунком и держателем для диафрагм и слайдов с правым отверстием.

-Вставьте диафрагму с 1 щелью в держатель для диафрагм и слайдов так, чтобы щель была выровнена вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она находилась справа.

-Прикрепите галогенную оптическую лампу. Выровняйте нить накала ламы, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В. (F= 10см), так, чтобы на скамье можно было увидеть 1 яркий параллельный пучок (луч) с четкими границами.

-Поместите полукруглую пластину на оптическую скамью так, чтобы ее плоская поверхность смотрела на щель диафрагмы и была перпендикулярна световым лучам. Центральный луч должен проходить через центр полукруглой пластины без преломления.

-Поверните полукруглую пластину так, чтобы луч света попадал всегда в центр плоской поверхности полукруглой пластины. Запишите ваши наблюдения.

-Поместите лист бумаги на оптическую скамью и отметьте угол между полукруглой пластиной и световым лучом.

Особенно обратите внимание, чтобы луч покидал изогнутую поверхность полукруглой пластины прямолинейно (т.е. без преломления).

Наблюдения:

-Как ведет себя луч света при переходе из воздуха в акриловое стекло?

Световой луч направлен в другом направлении (отклоняется от прямого направления, преломляется).

-Нарисуйте полукруглое тело и световой луч как вид сверху и нарисуйте нормаль к точке падения.

Оценка наблюдений:

-Углы меду нормалью и световым лучом называются угол падения и угол преломления. Каково отношение между этими углами при переходе из воздуха в акриловое стекло?

Угол падения больше, чем угол преломления.

-Что это означает для изменения направления света относительно нормали?

Свет преломляется к нормали.

Замечание:

-Отношение между углами: , где - угол падения, - угол отражения, n: коэффициент преломления. Коэффициент преломления воздуха равен 1, а акрилового стекла приблизительно 1,5. Поэтому акриловое стекло обладает большей оптической плотностью.

6. Отражение и полное внутренние отражение от полукруглой поверхности.

Цель эксперимента:

Познакомиться с поведением световых лучей при переходе из акрилового стекла в воздух.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-При помощи зажимного ползунка установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс в крайнее левое положение (положение 0см).

-Поставьте зажимной ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В (F=10 см) слева перед зажимным ползунком и держателем для диафрагм и слайдов с правым отверстием.

-Вставьте диафрагму с 1 щелью в держатель для диафрагм и слайдов так, чтобы щель была выровнена вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она находилась справа.

-Прикрепите галогенную оптическую лампу. Выровняйте нить накала ламы, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В. (F= 10см), так, чтобы на скамье можно было увидеть 1 яркий параллельный пучок (луч) с четкими границами.

-Поместите полукруглую пластину на оптическую скамью так, чтобы ее искривленная поверхность смотрела на щель диафрагмы. Сначала луч должен проходить через центр полукруглой пластины без преломления.

-Поверните полукруглую пластину так, чтобы луч света всегда выходил из центра плоской поверхности полукруглой пластины. Запишите ваши наблюдения.

-Поместите лист бумаги на оптическую скамью и отметьте угол между полукруглой пластиной и световым лучом.

Особенно убедитесь, что луч попадает на искривленную поверхность полукруглой пластины прямолинейно (т.е. без преломления).

Наблюдения:

-Как ведет себя луч света при переходе из воздуха в акриловое стекло?

Световой луч направлен в другом направлении (отклоняется от прямого направления, преломляется). Более того, путь луча отклоняется.

-Нарисуйте полукруглое тело и световой луч как вид сверху и нарисуйте нормаль к точке выхода луча.

Оценка наблюдений:

-Углы меду нормалью и световым лучом называются угол падения и угол преломления. Каково отношение между этими углами при переходе из акрилового стекла в воздух?

Угол падения меньше, чем угол преломления.

-Что это означает для изменения направления света относительно нормали?

Свет преломляется от нормали.

-Что происходит при увеличении угла падения?

Весь свет преломляется при переходе из акрилового стекла в воздух

Замечание:

-Если все энергия света отражается в соответствии с законом отражения, то это называется полным внутренним отражением. Для критического угла имеем (если среда с низкой оптической плотностью имеет коэффициент преломления приблизительно равный 1 как воздух в данном случае):

, где n-показатель преломления тела.

7. Ход лучей в полуплоской пластине.

Цель эксперимента:

Познакомиться с ходом лучей в плоскопараллельной пластинке.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-При помощи зажимного ползунка установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс в крайнее левое положение (положение 0см).

-Поставьте зажимной ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В (F=10 см) слева перед зажимным ползунком и держателем для диафрагм и слайдов с правым отверстием.

-Вставьте диафрагму с 1 щелью в держатель для диафрагм и слайдов так, чтобы щель была выровнена вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она находилась справа.

-Прикрепите галогенную оптическую лампу. Выровняйте нить накала ламы, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В. (F= 10см), так, чтобы на скамье можно было увидеть яркий параллельный пучок (лучей).

-Поместите трапецевидное тело на оптическую скамью так, чтобы плоская поверхность смотрела на щелевую диафрагму, перпендикулярно световому пучку. Центральный луч должен проходить приблизительно через середину поверхности.

-Поверните трапецивидное тело. Световой пучок должен всегда попадать в одну и ту же точку трапецевидного тела и выходить из поверхности.

Замечание: если это необходимо – блокируйте лишние световые лучи при помощи диафрагмы сверху.

-Запишите свои наблюдения.

-положите лист бумаги на оптическую скамью и отметьте трапецивидное тело и световые лучи для одного угла (под одним углом)

Результаты наблюдения:

-Как ведет себя световой пучок при входе в тарпецевидное тело?

Световой пучок преломляется в другом направлении.

- Как ведет себя световой пучок при выходе их тарпецевидного тела?

Световой пучок преломляется в первоначальном направлении.

-Как световой пучок ведет себя после прохождения параллельной поверхности по сравнению с преломленным лучом?

Ход светового луча параллелен, но несколько смещен.

-Нарисуйте трапецевидное тело и световой пучок (луч) как вид сверху:

Оценка результатов измерения

-Что происходит со световым лучом, когда он проходит через плоскопараллельную пластинку?

Световой луч испытывает параллельное смещение, но не меняет своего направления.

-От чего зависит величина параллельного смещения?

Чем больше угол падения, тем сильнее параллельное смещение.

Примеры параллельного смещения:

Оконные стекла, аквариум (с параллельными стенами).

Замечание:

Параллельное смещение также зависит от толщины плоскопараллельной пластинки и от материала (показателя преломления).

8. Призма, оборачивающая изображение.

Цель эксперимента:

Знакомство с ходом лучей и устройством призмы, оборачивающей изображение.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-Установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс в крайнее левое положение (положение 0см).

-Поставьте зажимной ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В (F=10 см) слева перед зажимным ползунком и держателем для диафрагм и слайдов с правым отверстием.

-Вставьте диафрагму с 1 щелями в держатель для диафрагм и слайдов так, чтобы щель была выровнена вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она находилась справа.

-Прикрепите галогенную оптическую лампу. Выровняйте нить накала ламы, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В (F= 10см) так, чтобы на скамье можно было увидеть яркий параллельный пучок (лучей).

-Поместите прямоугольную призму на оптическую скамью так, чтобы ее основание (гипотетическое) было параллельно длинной стороне оптической скамьи, и чтобы световой луч падал на меньшую сторону призмы. Световой луч должен выходить с другой маленькой стороны призмы. Запишите ваши наблюдения под номером 1.

Замечание: если это необходимо – блокируйте боковые световые лучи при помощи диафрагмы сверху.

-Поместите призму перпендикулярно световому лучу и запишите ваши наблюдения под номером 2.

-Вставьте диафрагму с 5 щелями в держатель для диафрагм и сладов и установите подвижную диафрагму так, чтобы можно было наблюдать 2 световых пучка.

-Переместите призму так, чтобы оба световых пучка выходили из нее в первоначальном направлении.

Замечание: экспериментальное оборудование в порядке, если световые лучи идут в видимом первоначальном направлении

-Сначала заблокируйте верхние и нижние лучи перед призмой и запишите свои наблюдения под номером 3.

-Держите прямоугольную призму перед глазами, чтобы основание было горизонтально, посмотрите на предмет.

-Запишите свои наблюдения под номером 4.

Наблюдения:

-1.) Как ведет себя световой луч, проходящий через прямоугольную призму, если он падает под углом 45° на меньшую сторону призмы?

Световой луч преломляется, затем снова преломляется у основания и третий раз преломляется, выходя из призмы так, что он выходит параллельно первоначальному направлению.

-2.) Что происходит при смещении призмы?

При смещении призмы световой луч, выходящий из призмы, также смещается.

-3.) Как ведет себя каждый из световых лучей пред и после призмы?

Световой луч, который находится вверху (внизу) призмы оказывается внизу (вверху) после прохождения призмы.

-4.) Как выглядит изображения предмета при рассматривании его через прямоугольную призму?

Изображение перевернуто.

Оценка результатов измерения

-Какого рода преломление происходит на внутренней части основания?

Полное внутренне преломление.

Что происходит с лучами при попадании их на прямоугольную призму?

Лучи меняются местами при выходе из призмы, т.е. два луча переворачиваются.

-Что происходит с изображением в прямоугольной призме?

Изображение переворачивается.

Замечание: Переворачивание изображения без изменения направления обеспечивается с помощью оборачивающей призмы Амичи или, например в телескопах.

9. Отклоняющая призма.

Цель эксперимента:

Познакомиться с ходом лучей и устройством отклоняющей призмы.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-При помощи зажимного ползунка установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс в крайнее левое положение (положение 0см).

-Поставьте зажимной ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В (F=10 см) слева перед зажимным ползунком и держателем для диафрагм и слайдов с правым отверстием.

-Вставьте диафрагму с 1 щелью в держатель для диафрагм и слайдов так, чтобы щель была выровнена вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она находилась справа.

-Прикрепите галогенную оптическую лампу. Выровняйте нить накала ламы, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В. (F= 10см), так, чтобы на скамье можно было увидеть яркий параллельный пучок (луч).

-Поместите прямоугольную призму на оптическую скамью так, чтобы меньшая сторона была перпендикулярна световому лучу. Запишите ваши наблюдения под номером 1

- Поместите прямоугольную призму на оптическую скамью так, чтобы ее основание (гипотетическое) было перпендикулярно световому лучу.

-Световой луч не должен попадать в центр. Запишите ваши наблюдения под номером 2.

-Переместите призму перпендикулярно к световым лучам и запишите Ваши наблюдения под номером 3.

-Поверните призму на небольшой угол и запишите Ваши наблюдения под номером 4.

Замечание: угол достаточно мал, если ни один луч не выходит из призмы через меньшую сторону.

Наблюдения:

-1. Как ведет себя световой луч, проходящий через прямоугольную призму, если он падает перпендикулярно на меньшую сторону призмы?

Световой луч преломляется у основания призмы, и выходит, отклоненный на 90° параллельно первоначальному направлению.

-2. Как ведет себя световой луч, проходящий через прямоугольную призму, если он падает перпендикулярно на основание призмы?

Световой луч преломляется у меньших сторон призмы, и выходит из призмы, преломившись, параллельно падающему лучу, но в обратном направлении.

-3. Что происходит при смещении призмы?

При смещении призмы световой луч, выходящий из призмы, также смещается, но всегда остается параллельным падающему лучу.

-4. Как ведет себя луч после падения на основание призмы под маленьким углом?

Световой луч преломляется у меньшей стороны призмы, и снова выходит из призмы, преломившись, параллельно падающему лучу, но в обратном направлении.

Оценка наблюдений:

-Что происходит после того, как световой луч падает на прямоугольную призму, если он падает на одну из сторон под углом приблизительно равным 90°.

Световой луч отражается от стороны или сторон соответственно внутри призмы.

-Какой тип преломления имеет место на внутренней стороне призмы?

Полное внутреннее отражение.

Замечание:

Комбинация из двух отклоняющих призм используется, например, в биноклях (система оборачивающих призм Порро), при этом можно видеть верхнее изображение при суммарном сокращении длины.

10. Ход лучей в выпуклых линзах.

Цель эксперимента:

познакомиться с ходом лучей выпуклых линзах.

Установка

Оборудование:

Ход эксперимента:

-При помощи зажимного ползунка установите галогенную лампу на измерительный металлический рельс в крайнее левое положение (положение 0см).

-Поставьте зажимной ползунок на измерительный рельс перед лампой на расстоянии приблизительно 10 см.

-Вставьте линзу В (F=10 см) слева перед зажимным ползунком и держателем для диафрагм и слайдов с правым отверстием.

-Вставьте диафрагму с 5 щелями в держатель для диафрагм и слайдов так, чтобы щели были выровнена вертикально.

-Поместите оптическую скамью прямо перед щелью диафрагмы так, чтобы она находилась справа.

-Прикрепите галогенную оптическую лампу. Выровняйте нить накала ламы, поворачивая баллон лампы и перемещая линзу В. (F= 10см), так, чтобы на скамье можно было увидеть 5 ярких параллельных пучков (лучей) с четкими границами.

-Поместите выпуклую линзу на оптическую скамью так, чтобы ее плоская поверхность смотрела на щель диафрагмы и была перпендикулярна световым лучам. Центральный луч должен проходить через центр выпуклой линзы без преломления. Запишите ваши наблюдения под номером 1.

- Поверните выпуклую линзу так, чтобы ее выпуклая сторона смотрела на источник света. Запишите ваши наблюдения под номером 2.

-Измерьте расстояние между линзой и фокусом и запишите его под номером 3.

Наблюдения:

-1. Наблюдение: Световые лучи собираются и пересекаются в одной точке.

-2. Наблюдение: Световые лучи снова собираются и пересекаются в одной точке.

-3. Расстояние между плоской поверхностью и точкой, где пересекаются лучи: f=12см

Оценка наблюдений:

-Как искривлена выпуклая линза?

Кривизна выпуклой линзы ориентирована во внутрь (если смотреть со стороны линзы).

- Почему линзы, которые ведут себя подобно линзе в эксперименте, называются собирающими линзами?

Световые лучи собираются, т.е. линза собирает свет в одной точке.

-Почему точка пересечения световых лучей, которые были до этого параллельны, называется фокусом?

При помощи собирающей линзы световые лучи, например, можно собрать в одну точку на листе бумаги до тех пор, пока бумага не загорится. На латинском «фокус» означает «сердце».

-Как называется расстояние между линзой и фокусом соответственно?

Расстояние между линзой и фокусом называется фокусным расстоянием.

Замечание:

-Собирающие линзы, имеющие две выпуклые поверхности, называются двояковыпуклыми линзами.

-Фокусное расстояние f двояковыпуклых линз может быть вычислен из радиусов кривизны поверхности r₁ и r₂ линзы и показателя преломления материала линзы:

=

-Для плоско-выпуклой линзы r₂= , поэтому f=

-При r=6см и n=1,5, f=12 см.