Контрольные вопросы.

1. Где и когда изучается эта тема? Сколько часов отведено? Какие лабораторные работы и демонстрации обязательны?

2. Каково устройство и принцип действия демонстрационных амперметров и вольтметров.

3. В чем состоит основное назначение шунтов и дополнительных

сопротивлений?

4. Почему демонстрационные амперметр и вольтметр не выдерживают токовых нагрузок?

5. Что показывает вольтметр, подключенный к источнику тока?

6. Объяснить какая из предложенных формул является законом Ома

U U

I = - , U = IR , R = - .

R I

Какая из них выражает функциональную зависимость между величинами?

7. Записать и разъяснить основные соотношения I, U, R в последовательно и параллельно соединенной цепи.

8. Как меняется общее сопротивление последовательно и параллельно соединенных цепей при добавлении новых R ?

9. В чем состоит физическая сущность короткого замыкания?

10. По обобщенным планам рассказать о физических величинах (ток, сопротивление, напряжение), законе Ома, приборах (ампер­метре, вольтметре, гальванометре, авометре).

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 5.

Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н Ы Е Я В Л Е Н И Я.

По данной теме предусмотрены следующие демонстрации, носящие качественный характер.

1. Опыт Эрстеда.

2. Магнитные спектры прямого и кругового тока.

3. Усиление магнитного поля соленоида.

4. Устройство и действие электромагнита.

6. Устройство и действие телеграфа.

7. Модель молекулярного строения магнита.

8. Движение прямого проводника с током в магнитном поле.

9. Действие магнитного поля на рамку с током.

10.Устройство и действие простейшего коллекторного электродвигателя.

ОПЫТ № 1. О п ы т Э р с т е д а .

Оборудование: стрелка магнитная на подставке, ВС-24, реостат 10-30 Ом, расчитаный на ток до 5 А, провода соединительные, ключ.

Для обнаружения магнитного поля вокруг проводника с током собирают схему (рис. 1). Один проводник должен быть сравнительно жестким, чтобы его можно было расположить горизонтально над стрелкой, этот провод располагают в направлении с севера на юг. При замыкании цепи магнитная стрелка располагается перпендикулярно проводу. Если магнитную стрелку приподнять и расположить над проводом или изменить направление тока, то и стрелка изменит свое положение на противоположное. Наибольший эффект достигается при токе порядка 6 А.

ОПЫТ № 2. Магнитные спектры прямого и кругового тока.

Оборудование: моток проволочный с разборной площадкой, стрелка магнитная на подставке, ВС-24, ключ, опилки железные в коробке с ситечком, про­вода соединительные, лист бумаги для ссыпания опилок.

Собирают прибор и подключают к источнику тока напряжением 4В как показа­но на рисунке. На столике располагают стрелки магнитного компаса и фиксируют на рисунке их ориентацию при включении тока. Считая, что опилки железа также представляют собой маленькие магниты на прозрачный столик с расположенным перпендикулярно к нему прямым проводом насыпают равномерным слоем опилки, после чего замыкают цепь. Для получения четкого спектра нужно посту­чать пальцем по краям столика, наблюдение осуществляют при помощи графопроэктора. Обращают внимание на то, что линии маг­нитного поля представляют собой концентрические окружности, перпендику­лярные к направлению тока, центры этих окружностей лежат на оси проводника. Направление линий магнитного поля определяют по "правилу буравчика".

Делают рисунок маг­нитных полей прямого и кругового токов, указывают направление си­ловых линий.

Для изучения направления магнитного поля в центре кругового тока устанавливают большую магнитную стрелку на подставке. При замыкании цепи стрелка поворачивается и устанавливается по нап­равлению магнитного поля.

Подумайте как сделать видимой картину магнитного поля для всего класса.

ОПЫТ № 3. Определение полюсов у соленоида магнитной стрелкой по направлению тока, усиление магнитного поля катушки.

Оборудование: соленоид демонстрационный, стрелка демонстрационная на подставке (магнитная), ВС-24, катушка от трансформатора, железный стержень, опилки, провода соединительные, ящик-подстав­ка, ключ.

1. Магнитное поле соленоида наблюдают в проекции на графопроэкторе. Насыпают опилки на органическое стекло, на котором укреплен соленоид и подключают его к источнику тока. Делают вы­вод о сходстве магнитного поля соленоида и полосового магнита.

2. Для проведения демонстрации с катушкой от трансформатора ее устанавливают на подставку и на некотором расстоянии устанавливают магнитную стрелку.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ - ось катушки должна быть перпендикулярна направлению магнитного поля Земли. (Объяснить почему.) Подключить катушку к источнику постоянного то­ка и по расположению стрелки определить полюса соленоида, меняя направление тока в цепи, проверить результаты опыта по "правилу буравчика".

3. Затем демонстрируют усиление магнитного поля катушки с током при введении в нее железного сердечника. Для этого отодви­гают магнитную стрелку на такое расстояние от катушки, чтобы при включении тока в катушку она не реагировала на ее магнитное по­ле. Затем вводят железный сердечник и наблюдают, что стрелка по­ворачивается и показывает расположение полюсов соленоида.

ОПЫТ № 4. Устройство и действие электромагнита.

Оборудование: электромагнит разборный, ВС-24, гиря 2 кг, провода соединительные, штатив универсальный.

П-образный сердечник зажимают с помощью муфты в штативе, надевают две катушки и соединяют их последовательно через ключ с источником тока. В момент включения к сердечнику притягивают якорь с крюком, на который подвешивается гиря 2 кг. Установка является электромагнитом. Сильное действие электромагнита можно почувствовать, пытаясь оторвать якорь рукой. При отключении тока гиря падает, поэтому под электромагнитом надо положить что-то смягчающее удар.

ОПЫТ № 5. Устройство и действие электрического звонка.

Оборудование: электрический звонок учебный, электромагнит раз­борный без якоря, линейка стальная длиной 300 мм с зажимом, штатив, ВС-24, провода соединительные, ключ.

Собрать модель электрического звонка как показано на рисунке:

Якорем служит стальная линейка длиной 300 мм или ножовочное полотно, которое обычно имеет на одном конце отвер­стие. В это отверстие вставляют зажим и соединяют с одной из ка­тушек электромагнита (линейку зажимают предварительно вертикально в лапке штатива). Линейка-якорь устанавли­вается на расстоянии около 1,5 см от полюсов электромагнита, укрепленного на штативе. Рядом с ней справа рас­полагают изолирующий штатив с корот­ким проволочным стержнем, вставлен­ным в боковое отверстие втулки (конец стержня касается поверхности линейки).

Если после включения тока линейка-якорь колеблется слабо, то подбирают наиболее удачное положение контактного стержня.

Выяснив на такой модели устройство электрического звонка, демонстрируют учебный звонок, собрав установку по рисунку. ОБРА­ТИТЬ ВНИМАНИЕ - как регулируется частота ударов молоточка звон­ка.

ОПЫТ № 6. Устройство и действие телеграфа.

Оборудование: модель телеграфного аппарата, ВС-24, ключ телеграфный, провода соединительные.

Принцип действия электромагнитного телеграфа демонстриру­ется с помощью наглядной учебной модели, включенной в электри­ческую цепь, как показано на рисунке.

При замыкании цепи телеграфным ключом, якорь электромаг­нита поворачивается, прижимает карандаш к бумаге (бумажной лен­те), огибающей ролик и при равномерном вытягивании ленты пишет на ней черту. Нажим карандаша нужно отрегулировать так, чтобы на ленте получилась заметная черта.

ОПЫТ № 7. Электромагнитное реле.

Очень интересным применением электромагнитов является электромагнитное реле. Оно является важной частью многих автоматических установок.

Модель конструктивно состоит из вертикальной панели, на которой с левой стороны расположена катушка электромагнита, с якорем, а с правой стороны индикаторная лампочка. На панели размещены также четыре клеммы для проводки электрического тока к катушке и индикаторная лампа.

На панели под электрической лампой размещены клеммы, с помощью которых к реле можно подключить дополнительные индикаторы.

Концы якоря и пружинчатого подвижного контакта реле перемещаются на расстояние 15 мм, регулируемое болтом.

Панель устойчиво удерживается в вертикальном положении с помощью несъемной ножки.

Собрав цепь с лампочкой, включенной в осветительную сеть, выясняют, почему по лампе не идет ток, и обращают внимание на разомкнутые контакты. (В качестве контактов можно взять стержни от конструктора.) Показав отдельно цепь электромагнита с батарейкой от карманного фонаря или с другим источником слабого тока, ставят вопрос о том, как можно воспользоваться этой установкой, чтобы, находясь на некотором расстоянии от цепи лампочки, замкнуть тот ее участок, по которому ток не может идти. Собирают схему реле и, замкнув цепь электромагнита, зажигают лампочку. Таким же образом демонстрируют схему реле с нормально замкнутым контактом.

ОПЫТ № 8. Модель молекулярного строения магнита.

Оборудование: модель молекулярного строения магнита, магниты прямые, фонарь проекционный с приспособлением для горизонтальной проекции, пробирка с железными опилками, стрелка на подвеске (магнитная), графоп­роэктор.

При объяснении молекулярного строения магнита пользуются моделью, которая представляет собой небольшую рамку, имеющую дно из органического стекла с установленными на нем двадцатью остри­ями. Острия расположены на нем в четыре ряда на расстоянии около 15 мм друг от друга. На каждое острие насажена стрелка. Обращаем внимание на беспорядочную ориентацию магнитиков. Но можно заметить, что среди общего беспорядочного расположения имеются груп­пы магнитиков с одинаковой ориентацией. Это соответствует нали­чию областей самопроизвольного намагничивания.

Подносят с двух сторон разноименные полюсы прямых магни­тов и заставляют стрелки повернуться в одну сторону. Получили магнитное насыщение железа. Если магниты убрать, то несколько толчков расстраивают ряды стрелок, подобно тому, как происходит размагничивание магнита при ударах.

При объяснении этого явления проводят следующий опыт. Обыкновенную пробирку наполняют железными опилками и зак­рывают пробкой, причем в пробирке оставляют немного свободного места, чтобы опилки можно было встряхивать. Подготовленный таким обра­зом прибор испытывают с помощью магнитной стрелки и убеждаются в том, что опилки не намагничены, т.к. оба полюса магнитной стрел­ки притягиваются к концам пробирки совершенно одинаково. Испыта­ние магнитной стрелки показывает, что теперь у прибора образова­лись магнитные полюсы.

Встряхивают пробирку с опилками и вновь, проверяя магнит­ной стрелкой, убеждаются в отсутствии магнитных полюсов.

ОПЫТ № 9. Движение прямого проводника с током в магнитном поле.

Оборудование: алюминиевая лента с наконечниками, магнит дуго­образный, ВС-24, реостат, провода соединительные.

Для демонстрации собирают установку по рисунку. Ленту не следует сильно натягивать. В электрическую цепь включают последовательно источ­ник тока, реостат, ленту и ключ. При включении тока лента весьма эффектно втягивается внутрь магнита или наоборот выбрасывается наружу.

ОПЫТ № 10. Действие магнитного поля на рамку с током.

Оборудование: рамка проволочная со шнуром для подвешивания, маг­ниты прямые, ВС-24, ключ, штатив, стержень от шта­тива, подставки для магнита.

Для демонстрации движения рамки с током в магнитном поле, около нее на подставках помещают магниты так, как показано на рисунке. Рамку подвешивают на проводах на штативе между маг­нитами и подключают к источнику тока. При протекании тока рамка поворачивается и устанавливается перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.

ОПЫТ № 11. Устройство и действие простейшего коллекторного электродвигателя.

Оборудование: прибор для демонстрации принципа действия элект­родвигателя, магниты прямые, ВС-24, ключ, провода соединительные, подставки для магнитов.

Разобрать устройство электродвигателя, назначение основ­ных частей: статора, ротора, коллектора, щеток по модели электри­ческого двигателя. Чтобы рамка с током вращалась в магнитном по­ле, необходимо каждые 1/2Т менять направление тока или поляр­ность полюсов магнита. На этом принципе основано действие элект­родвигателя.

Подключить соответствующий источник тока и привести дви­гатель в движение. Принцип действия коллектора для постоянного и пере­менного токов объясните на демонстрационном макете.

Контрольные вопросы.

1. Где и когда изучается эта теме? Сколько часов на нее отведено? Какие демонстрации обязательны?

2. Сформулировать "правило буравчика" и показать направление магнитных силовых линий прямого и кругового токов катушки.

3. С какой целью в опытах Эрстеда и движения проводника с током в магнитном поле используется реостат?

4. Зачем в опытах Эрстеда и усиления магнитного поля катушки указана ориентация относительного магнитного поля Земли?

5. Объяснить принцип действия электрического звонка, телеграфа, реле.

6. Объяснить физическую причину движения проводника с током (рамки) в магнитном поле.

7. Какова роль коллектора в электродвигателе? Чем отличаются коллекторы для постоянного тока и переменного?

8. По обобщенному плану рассказать о физических приборах: электромагните, реле, телеграфе, электрическом звонке.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 6.

О С Н О В Ы К И Н Е М А Т И К И

Опыты по кинематике предназначены для того, чтобы облег­чить учащимся усвоение основных кинематических понятий, связать эти понятия с реальными движениями. Кроме того, цель опытов зак­лючается в том, чтобы показать принципиальную возможность изме­рения основных кинематических величин.

Несмотря на кажущуюся простоту, опыты по кинематике хо­рошо удаются и приносят необходимый эффект только тогда, когда они тщательно подготовлены.

Многие из описанных опытов как будто для учащихся неинте­ресны, но это не так: будучи показаны в системе, они значительно облегчают усвоение учебного материала.

ОПЫТ № 1. О т н о с и т е л ь н о с т ь д в и ж е н и я .

С л о ж е н и е п е р е м е щ е н и й .

Установка для демонстрации двух пере­мещений, направленных под углом, изоб­ражена на рисунке. Сначала показывают движение штатива с грузом параллельно плоскости стола (S1). Для этого зацеп­ляют нить за крючок у основания штати­ва и двигают штатив с грузом влево вдоль стола. Затем возвращают штатив в исходное положение и, подтягивая нить, показывают движение груза относительно штатива (S2). Для демонстрации суммар­ного перемещения нить зацепляют за кольцо второго штатива и двигают вто­рой штатив влево вдоль стола. Переме­щаясь вместе со штативом и одновремен­но поднимаясь вверх, груз совершает перемещение по наклонной прямой (S).

После этого наблюдаемые перемещения изображают на доске в виде векторного треугольника.

ОПЫТ № 2. П р я м о л и н е й н о е р а в н о м е р н о е д в и ж е н и е .

Опыт ставят с легко подвижной тележкой из прибора по ки­нематике и динамике для практикума, которую нагружают капельни­цей, с растворенной в воде краской. Вдоль направления движения прибора на столе размещают бумажную ленту (размер 1 х 0,07 м). Штанге прибора придают такой наклон, чтобы тележка двигалась равномерно по всей длине. Открывают капельницу и легким толчком приводят тележку в равномерное прямолинейное движение. После остановки тележки капельницу закрывают. Снимают ленту с каплями и показывают учащимся. С помощью демонстрационного метра измеряют расстояния между сосед­ними каплями. Результаты измерений записывают на доске, сравни­вают и убеждаются в их равенстве, то есть в равномерности движе­ния тележки, а так же строят график зависимости перемещения тележки от времени.

ОПЫТ № 3. П р я м о л и н е й н о е р а в н о у с к о р е н н о е д в и ж е н и е .

На легкоподвижной тележке из прибора по кинематике для практикума устанавливают капельницу, а вдоль штанги укладывают бумажную ленту. Штанге придают небольшой наклон, открывают ка­пельницу и отпускают тележку. Наблюдают за движением тележки. По расстояниям между каплями фиксируют увеличение скорости движения тележки. Измерения расстояния между соседними каплями показывают, что тележка за равные промежутки времени совершает разные перемещения. При этом скорость движения изменяется одинаково.

Опыт следует повторить в варианте, когда тележка после толчка движется вверх по штанге. В этом случае учащиеся визуаль­но обнаруживают уменьшение скорости тележки, а по каплям на лен­те находят это уменьшение за последовательные равные промежутки времени.

ОПЫТ № 4. О п р е д е л е н и е с о о т н о ш е н и я п у т е й , п р о й д е н н ы х з а р а в н ы е п р о м е ж у т к и в р е м е н и .

На штативе прибора по кинематике укрепляют разъемные кон­такты нормально разомкнутый (НР) и нормально замкнутый (НЗ) и соединяют их с электронным секундомером. Контакт НР устанавливают против нулевого деления шкалы, а контакт НЗ против деления линейки 0,1 м. Ставят секундомер в исходное поло­жение. Отпускают тележку. Скатываясь по наклонной плоскости, те­лежка ударяет о площадку панели НЗ и размыкает цепь секундомера. Секундомер показывает время движения тележки на участке 0,1 м. Опыт повторяют 2-3 раза.

Затем панель НЗ устанавливают у деления линейки 0,4 м. Определяют время движения на пути 0,4 м и подсчитывают время t₂ на участке

S₂ = S – S₁; S₂ = 0,4 м - 0,1 м = 0,3 м

Наконец, устанавливают поднятую площадку панели НЗ у де­ления 0,9 м и находят время движения S₃ на последнем участке длиной 0,5 м.

В результате опытов убеждаются, что последовательные участки

S₁ = 0,1 м, S₂ = 0,3 м, S₃ = 0,5 м

тележка проходит за равные промежутки времени, то есть

t₁ = t₂ = t₃ .

Формулируем закон путей для равноускоренного движения.

ОПЫТ № 5. П а д е н и е к а п е л ь , н а б л ю д а е м о е п р и

с т р о б о с к о п и ч е с к о м о с в е щ е н и и .

Для проведения опытов собирается следующая установка. На подъемном столике, как можно выше, устанавливается капельница. Для освещения капель устанавлива­ют сзади и несколько сбоку электронный стробоскоп, настроенный на частоту около 10 вспышек в секунду. При такой частоте уста­новка дает наилучший эффект, так как позволяет наблюдать только три капли, кажущиеся неподвижно висящими в воздухе. Установив указанную частоту вспышек, приоткрывают кран, добиваясь кажущейся непод­вижности капель, а еще лучше мед­ленного движения их вверх или вниз. Когда капли медленно дви­жутся вверх, наступает момент, когда верхняя капля как бы дости­гает крана. В этот момент особен­но ясно видно, что расстояния между каплями пропорциональны числам 1,3,5, в чем можно убедиться, измерив, эти расстояния демонстрационным метром.

S1 : S2 : S3 = 1 : 3 : 5

Регулировать кажущееся движение капель можно и изменением частоты вспышек стробоскопа. Однако при этом будет меняться не только направление движения капель, но и расстояние между ними.

ОПЫТ № 6. П а д е н и е т е л в в о з д у х е и р а з р е ж е н н о м

п р о с т р а н с т в е .

У трубки Ньютона открывают кран и, держа ее в вертикаль­ном положении краном вверх, обращают внимание учащихся на кусо­чек ткани, пробку и кусочек свинца, лежащие на дне трубки. При быстром переворачивании трубки краном вниз слышен удар свинцово­го грузика, затем видно как падает пробка и медленно опускается лоскуток.

Далее соединяют трубку шлангом с насосом Комовского и от­качивают воздух. Закрывают кран, и сняв резиновый шланг, быстро переворачивают трубку. Учащиеся слышат стук кусочка свинца и наблюдают одновременное с ним падение лоскутка и пробки и делают вывод о равенстве времени падения тел разной массы и размеров в поле тяжести Земли.

ОПЫТ № 7. У с к о р е н и е с в о б о д н о г о п а д е н и я.

Установить штангу прибора по кинематике вертикально. Пос­тавить секундомер в исходное положение и пустить шарик, ударяя о площадку НР, шарик включает секундомер, а затем НЗ выключает его.

На стержне универсального штатива закрепляют вверху прис­тавку с электромагнитом, у основания – контакт НЗ. Обе прис­тавки размещают так, чтобы расстояние между горизонтальным сто­ликом приставки НЗ и центром шарика, удерживаемого электромагни­том верхней приставки, было равно 1 м. Зажимы приставок соединяют между собой и с зажимами секундомера. Подают питание на электромагнит, взводят площадку панели НЗ, устанавливают секун­домер в исходное положение, подносят шарик к электромагниту.

Переключают тумблер "Пуск" верхней панели. При этом шарик отрывается и, ударяясь о столик, разрывает цепь. Снимают пока­зания секундомера. Опыт повторяют многократно и каждый раз за­писывают показания секундомера, затем находят среднее арифмети­ческое значение времени и определяют по формуле ускорение сво­бодного падения. Сравнивают полученное значение ускорения свободного падения с табличным значением.

К о н р о л ь н ы е в о п р о с ы .

1. Где и когда изучается эта тема? Сколько часов отведено на ее

изучение? Какие демонстрации обязательны по программе?

2. Дать определение системы отсчета (из школьного учебника).

3. Зачем при демонстрации равномерного движения штанга с тележкой устанавливается с небольшим наклоном?

4. Написать основные уравнения кинематики, прямолинейного движения.

5. Вывести формулу расчета пути, проходимого телом за последовательно равные промежутки времени при равноускоренном движении алгебраическим способом и графическим способом.

6. Чем отличаются воззрения Галилея и Аристотеля на свободное

падение тел?

7. По обобщенному плану дать описание физических величин "скорость", "ускорение", "перемещение".

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 7.

С Т А Т И К А.

З А К О Н Ы Д В И Ж Е Н И Я Н Ь Ю Т О Н А.

Программой одиннадцатилетней школы по данной теме предус­мотрены следующие демонстрации:

1. Проявление инерции.

2. Сравнение масс тел.

3. Второй закон Ньютона.

4. Третий закон Ньютона.

ОПЫТ № 1. Д в и ж е н и е п о и н е р ц и и и п р о я в л е н и е

и н е р т н о с т и .

Оборудование: тележка, брусок деревянный, деревянный молоток, динамометр.

а) Тележку помещают на гладкую поверхность, прикрепляют к ней динамометр и приводят тележку в равномерное движение, добиваясь постоянства показаний динамометра. Выясняют, какие силы компенсируют друг друга при равномерном движении тела, тогда движение тележки с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий будет называться движением по инерции, а соответствующее явление – явлением инерции.

б) На тележку вертикально устанавливают брусок и приводят тележку в движение. Натолкнувшись на препятствие, тележка оста­навливается, а стоящий на ней брусок падает вперед.

Резким толчком (ударом деревянного молотка) тележку при­водят в движение. При этом брусок падает назад. Объясняют наблю­даемые явления.

ОПЫТ № 2. И н е р т н о с т ь т е л .

Оборудование: гиря массой 1-2 кг, штатив универсальный, нить, прочный шнур.

На стойке универсального штатива подвешивают на нити груз. Чтобы груз при обрыве нити не падал, его подвешивают к стойке штатива свободно свисающим шнуром. Вторую нить привязывают к нижней части груза, в петлю нижней нити встав­ляют рукоятку (стержень).

Если теперь резко дернуть нижнюю нить, то она оборвется, а груз будет продолжать висеть на верхней нити, которая остается неповреж­денной.

Если нижнюю нить тянуть медленно, то обрывается не эта нить, а верхняя, и груз повисает на предохранительном шнуре.

Объясняем учащимся наблюдаемые явления. Свойство инертности можно обнаружить при сравнении результатов нескольких опытов, проводимых с одним или несколькими телами. Даем определение свойству инертности.

ОПЫТ № 3. С р а в н е н и е м а с с т е л п о и х в з а и м о д е й с т в и ю .

Оборудование: прибор Румянцева, прибор для демонстрации взаимо­действия тел, центробежная машина, тела равной массы.

Прибор Румянцева состоит из пружины ударника, трех легких шариков, которые легко скользят по стальной проволоке, натянутой между стой­ками. Все шарики имеют одинаковую массу, и для того, чтобы изме­нять соотношение масс, можно соединять два любых шарика вместе. Масса ударника также равна массе шара. Ударник представляет собой стальную пружину с двумя пластинками по краям. К одной пластинке изнутри привернута резинка-присоска. Если сжать пружину, присос­ка прилипает к гладкой поверхности диска и через некоторое время автоматически производится спуск пружины. Диск можно перемещать внутри и тем самым регулировать силу сжатия, а следовательно и силу удара.

а) Установив шар и ударник в середине натянутого шнура, приводят их во взаимодействие. Затем берут два шара, соединенных вместе и наблюдают взаимодействие их с ударником. Если считать, что время движения шаров и ударника после взаимодействия одина­ково, то примерно можно считать, что пути, пройденные телами прямо пропорциональны ускорениям:

S₁a₁

-- = -- .

S₂а₂

В опытах проверяется равенство:

|а₁| m₂

---- = ---- .

|а₂| m₁

б) Тела неравной массы укрепляют в центробежной машине. Связанные тела располагают на таком расстоянии от оси, чтобы при вращении они не скользили вдоль стержня. При этом центростреми­тельные ускорения тел будут пропорциональны радиусам:

a₁ r₁

а₁ =ω²r₁; a₂= ω ²r₂; --- = --- .

a₂ r₂

Изменяя длину связывающих нитей, находим, что отношение ускорений для данных двух тел будет оставаться постоянным. От­винтив стержень, сняв грузы и определив их массы, найдем, что:

|а₂| m₁

--- = -- .

|а₂| m₂

ОПЫТ № 4. В т о р о й з а к о н Н ь ю т о н а .

Оборудование: вращающийся диск с принадлежностями (рейка, два катка с массами 250 г и 500 г, резиновая лента), секундомер.

Прикрепляя к резиновой ленте катки разной массы и приводя во вра­щение от руки (плавно увеличивая скорость вращения), добиваются каждый раз одинакового растяжения резинки. При этом катки имеют центростремительные ускорения:

а₁ = ω ₁² R; а₁ = ω ₂² R.

Угловые скорости вращения находят по формуле:

2πn 2πn

ω ₁= ------ , ω ₂= ------

t₁ t₂

где t₁, t₂ - время, за которое каждый из катков совершает одина­ковое число оборотов (10).

Измерив t₁, t₂находим, что ускорение меньшего катка примерно в 2 раза больше ускорения большего. Следовательно, модули ускорений катков обратно пропорциональны их массам:

|а₁| m₂

--- = --

|a₂| m₁

Ускорения а₁, а₂ получены под действием одинаковой силы ­cилы упругости резины. Следовательно, произведение массы тела на его ускорение для этих тел одинаково:

m₁|а₁| = m₂|а₂| .

Экспериментальным путем найдена величина, которая одина­кова для обоих ускоряемых тел при действии на них одинаковой си­лы. Следовательно, эта величина mа является мерой действия сил:

→ →

F = m а .

ОПЫТ № 5. Т р е т и й з а к о н Н ь ю т о н а .

Оборудование: прибор Глазырина, две тележки, грузы к тележкам, пружина, нитки, спички, штатив универсальный, два демонстрационных динамометра, сосуд с водой, цилиндр от ведерка Архимеда.

Прибор по механике Глазырина состоит из массивной чугун­ной скамьи на уравнительных винтах, двух тележек и двух грузов.

а) Рельсы прибора устанавливают строго горизонтально и в центре помещают тележки. Петли тележек связывают нитью, которая удерживает пружину в сжатом состоянии. После пережи­гания нити тележки разъезжаются в разные стороны. За равные про­межутки времени они проходят равные расстояния, следовательно, движутся с одинаковыми скоростями и при взаимодействии получили равные ускорения. Следовательно, равны по величине и направлены противоположно и силы взаимодействия.

Если увеличить массу одной тележки (поместить гири), то после взаимодействия тележки будут двигаться со скоростями, об­ратно пропорциональными их массам.

б) Опыт демонстрирует взаимодействие жидкости и тела, погруженного в нее.

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует вытал­кивающая сила. Опыт показывает, что и тело действует на жидкость с такой же силой, но направленной вниз.

Для демонстрации собирают установку: в штативе один над другим укрепляют демонстрационные динамометры. На нижний динамометр устанавливают столик, на который ставят сосуд с водой. К верхнему динамометру подвешивают цилиндр от ведерка Архимеда. Стрелки обоих динамо­метров устанавливают на нуль путем вращения циферблатов динамометров. При погружении цилиндра в воду нижний динамометр показывает действие тела на воду, а верхний ­действие воды на погруженное в нее тело. Обе силы равны по вели­чине, но противоположны по направлению и приложены к разным те­лам, о чем можно судить по противоположному направлению вращения стрелок на равные углы.

ОПЫТ № 6. Сложение сил, действующих на тело по прямой.

Оборудование: демонстрационный динамометр, штатив, гири, блок.

а) сложение сил, действующих по одной прямой и направленных в одну сторону.

На верхнем конце динамометра укрепляют столик, а на него ставят гирю (200г), к нижнему концу второй оси подвешивают груз (300г). Динамометр показывает величину равнодействующей силы.

б) Сложение сил, направленных в разные стороны.

К нижнему концу оси динамометра подвешивают груз (500г). К верхнему концу привязывают шнур, который перекидывают через блок. К концу шнура подвешивают груз (200г.) Динамометр покажет величину равнодействующей силы.

ОПЫТ № 7. Сложение сил, действующих на тело под углом.

Кстержням двух динамометров прикрепляют разной длины нити и к узлу их прикрепляют груз. Необходимо, чтобы нить и ось динамометра были направлены по одной прямой. Показания динамометров будут различные.

К узлу прикрепляют еще один динамометр и тянут его вверх до тех пор, пока стрелки других динамометров не установятся на нуле. При этом узел находится в равновесии. Сила R заменяет действие силF₁ и F₂ и является равнодействующей. Обращают внимание на то, что ее величина меньше суммы составляющих сил F₁ и F₂ , но больше их разности и по величине равна силе R. зависимость величины равнодействующей силы от угла между составляющими можно показать с помощью шарнирного параллелограмма.

ОПЫТ № 8. Наблюдение зависимости сил натяжения нитей от угла между ними при постоянной равнодействующей силе.

Соедините нитью учебные динамометры, а на нее подвесьте груз массой 100г, как показано на рисунке. Изменяйте угол между нитями примерно от 30⁰ до 150⁰ и наблюдайте за показаниями динамометров.

ОПЫТ № 9. Разложение сил на кронштейне.

Собирают установку как показано на рисунке. К нити, перекинутой через блок, подвешивают груз массой 400г. Демонстрируют растяжение поперечины и сжатие укосины.

На доске делают соответствующий чертеж, графически определяют величины составляющих и сравнивают с показаниями динамометров.

ОПЫТ № 10. Выяснение условия равновесия рычага.

На ось, закрепленную в муфте штатива, насаживают рычаг и уравновешивают его перемещение гаек на концах. К левой половине рычага подвешивают при помощи проволочных сережек два одинаковых груза, например на расстоянии 40 см от оси, и путем проб находят место, где надо подвесить четыре таких же груза, чтобы уравновесить рычаг.

Подвешивают четыре груза к левой половине рычага на расстоянии 10 см от оси. Решают практически, сколько грузов придется подвесить справа от оси рычага на расстоянии 20 см, чтобы уравновесить рычаг.

Подвешивают три груза на расстоянии 30 см справа от оси. Определяют с помощью динамометра, какую надо приложить силу в точке, лежащей на расстоянии 10 см от оси вращения слева, чтобы удержать рычаг в равновесии.

Результаты записывают в таблицу и делают вывод.

№	F1 , Н	Плечо силы d1,(м)	F2, Н	Плечо силы d2,(м)	F1d1 = F2d2

ОПЫТ № 11. Определение центра тяжести плоских фигур.

Необходимые плоские фигуры готовят из плоского картона или фанеры.

Для выполнения опытов в лапке штатива в горизонтальном положении зажимают пробку, в которую вкалывают иголку, и подвешивают плоскую фигуру за любое из ее отверстий. На эту же иголку помещают отвес и остро отточенные карандашом отмечают положение нити отвеса на нижнем конце пластины. Сняв пластину, проводят по линейке прямую, соединяющую точку подвеса и отмеченную точку.

После этого повторяют опыт, подвесив пластинку в любой другой точке. Снова отмечают положение нити отвеса и проводят прямую линию. Точка пересечения двух линий и даст положение центра тяжести данной плоской фигуры.

Затем проверяют на опыте найденный таким образом центр тяжести. С этой целью вкалывают булавку в пробку головкой вверх и помещают на нее плоскую фигуру. Она должна опираться на булавку в центре тяжести. Если расположенная таким образом плоская фигура будет находиться в равновесии, то центр тяжести определен правильно.

ОПЫТ № 12. Вес тела при ускоренном падении и подъеме.

Установка для проведения опыта изображена на рисунке. Чтобы нить, перекинутая через блоки, не стягивала стержни динамометров, между ними необходимо вставит распорку из проволоки.

Пока более тяжелый груз стоит на столе, оба динамометра будут показывать вес правого груза, т.е. 10 Н. Если теперь, взявшись рукой за меньший груз, подтянуть левый груз вверх, оба динамометра будут показывать 14 Н, т.е. вес левого груза.

После этого, взяв рукой левый груз, поднимают его к блоку и отпускают. Во время ускоренного движения грузов оба динамометра показывают одинаковое значение – приблизительно 12 Н. Следовательно правый груз при ускоренном движении вверх находится в состоянии перегрузки и его вес на 2 Н больше первоначального, а левый груз при ускоренном движении вниз весит на 2 Н меньше.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 8 .

З А К О Н Ы С О Х Р А Н Е Н И Я В М Е Х А Н И К Е .

ОПЫТ № 1. И м п у л ь с с и л ы .

Это мера действия силы за некоторый промежуток времени. На тонкий химический стакан ставится гиря массой 5 кг. Если сильно, но резко бить по центру гири молотком, то хрупкий стакан остается целым. Вместо стакана можно воспользоваться кусочком листового стекла, положенного на ровный стол. Объяснить почему.

ОПЫТ № 2. З а к о н с о х р а н е н и я и м п у л ь с а т е л а.

а) Две легкоподвижные тележки разводят на некоторое расс­тояние друг от друга, а затем одновременно и с одинаковой силой толкают навстречу друг другу. После столкновения направление движения тележек меняется на противоположное. Объяснить наблюда­емое.

б) Одна тележка наталкивается на другую, стоящую непод­вижно. Двигавшаяся тележка останавливается, а неподвижная начи­нает двигаться с той же скоростью.

в) На одну из тележек устанавливают дополнительный груз. Тележки разводят и толкают навстречу друг другу с одинаковыми скоростями. Тележка с меньшей массой меняет направление скорости на противоположное, а тележка большей массы продолжает движение с уменьшенной скоростью в том же направлении.

Записать закон сохранения импульса для всех рассмотренных случаев.

г) К раме бифилярно подвешивается несколько шариков. Отк­лонить один шарик и отпустить его. После удара отскакивает пос­ледний шарик с противоположного конца, а все остальные остаются на месте. Если отклонить два, затем половину шариков, то после удара также отклонится с противоположной стороны соответствующее число шариков. Объяснить наблюдаемое. ВНИМАНИЕ! После 1-2-х соу­дарений демонстрацию нужно прекратить, чтобы не вызвать беспоря­дочных соударений в последующем.

ОПЫТ № 3. Р е а к т и в н о е д в и ж е н и е .

а) Воронка, присоединенная к куску резинового шланга, со­единяется с Г-образной стеклянной трубкой. При выливании во­ды, трубка отклоняется в сторону, противоположную направлению течения струи.

б) Воздушный шарик (лучше новый) надувают и выпускают из рук. Шарик летит, движимый реактивной струей воздуха.

в) Действующая демонстрационная модель ракеты (РД-м) имеет пластмассовый корпус с резиновым амортизатором в головной части и стабилизатором в хвостовой. Ракета соплом надевается на пуско­вое приспособление. (Это трубка с уплотнительным кольцом и запор­ной скобой.) На трубку насаживается ракета своим соплом и запира­ется скобой. Корпус пускового устройства соединен со струбци­ной. Накачав через штуцер в корпус ракеты воздух, нажимают на спусковой конец запорной скобы. Освобожденный корпус ракеты ле­тит за счет реакции струи выходящего воздуха. ВНИМАНИЕ! Внутри пускового устройства есть предохранительный клапан с регулирую­щим винтом для сброса избыточного воздуха. Ракета, установленная под углом = 45 градусов должна улететь на 3 м. Если на меньшее, ­то винт предохранительного клапана вворачивается в корпус. НЕ НАП­РАВЛЯТЬ ПОЛЕТ РАКЕТЫ В СТОРОНУ УЧАЩИХСЯ!

г) на модель лодки устанавливается электродвигатель с крыльчаткой. При включении двигателя в сеть, воздух, отбрасывае­мый крыльчаткой, вызывает перемещение лодки в противоположную сторону.