Эксперимент

П.П. Головин,
ООО УУМПФ «Импульс», р.п. Ишеевка, Ульяновская обл.

Демонстрационные опыты по электродинамике

Считаю своим долгом выразить благодарность:

– преподавателям школ Ульяновской, Пензенской, Саратовской, Рязанской, Смоленской, Московской, Самарской, Магаданской, Омской, Новгородской, Ленинградской областей; городов Москвы, Зеленодольска, Бугульмы, Инты, Ухты, Воркуты, Старого Оскола, Набережных Челнов, Тольятти, Шатуры, Печоры; республик Коми, Марий Эл, Татарстан, Чукотка, Чувашия, Мордовия, Башкортостан; студентам Ульяновского, Челябинского педагогических университетов и многим другим, которые занимались у автора на курсах Всероссийской школы повышения квалификации учителей и своими советами помогли сформировать содержание и объем предлагаемых демонстрационных опытов;
– рецензентам В.И.Зинковскому, В.А.Коровину, Е.С.Объедкову, В.А.Шабельникову за полезные советы по улучшению пособия, которые с признательностью приняты автором;
– научному консультанту В.А.Касьянову за ценную научно-методическую помощь, оказанную автору при работе над пособием;
– учащимся старших классов Ишеевской средней школы Ульяновской области за многократную экспериментальную проверку всех без исключения предлагаемых в пособии демонстрационных опытов.

П.П.Головин, народный учитель СССР,
кандидат педагогических наук, директор ученической
учебно-методической и производственной фирмы «Импульс»,
руководитель Всероссийской авторской школы повышения
квалификации учителей физики, golovin_pp@mail.ru

Электропроводность веществ

Опыт 3. Демонстрация проводимости тока различными веществами (§ 84, 85)

Оборудование: макетная панель; светодиод с ограничительным резистором; карандаш с графитовым стержнем; источник постоянного тока В-24; стакан с дистиллированной водой; соль; полоска ткани шириной 1 см, длиной 20 см; соединительные провода (2 шт.).

Ход работы

1. Подсоедините к разным концам стержня карандаша последовательно включенные источник тока и светодиод с ограничительным резистором (рис. 3-1). По свечению светодиода убедитесь в том, что графит (стержень карандаша) является хорошим проводником.

Рис. 3-1

2. Свободные оголенные концы проводников а и б, подключенные к источнику тока через светодиод, опустите в стакан с дистиллированной водой (рис. 3-2). Светодиод не горит, т.к. дистиллированная вода является диэлектриком.

Рис. 3-2

Добавьте в воду щепотку соли – светодиод загорается, свидетельствуя о возникновении тока в цепи. Растворы солей являются хорошими проводниками тока вследствие того, что в них имеются положительные и отрицательные ионы (заряды).

3. Узкую полоску ткани намочите в соляном растворе и разложите на столе между свободными концами проводов а и б (рис. 3-3). Пронаблюдайте за изменением яркости светодиода в зависимости от длины ткани, находящейся между концами проводов, и объясните явление.

Рис. 3-3

4. Исследуйте проводимость различных материалов.

Опыт 4. Демонстрация проводимости тока человеческим телом (§ 84)

Оборудование: демонстрационный гальванометр от амперметра; выпрямитель В-24; соединительные провода (3 шт.).

Ход работы

1. Соедините последовательно источник постоянного тока и демонстрационный гальванометр от амперметра. Свободные концы проводов, идущих от источника тока и гальванометра, соедините через себя (рис. 4), взявшись сначала сухими руками, потом влажными. Сравните показания гальванометра в обоих случаях и сделайте вывод.

Рис. 4

К сведению. Человеческое тело является проводником тока. Если человек оказывается под напряжением, то через него проходит электрический ток. Безопасным можно считать ток до 0,01 А. Ток силой 0,05 А, протекающий через организм человека, опасен для жизни. Ток силой 0,1 А может привести к смерти.

Степень поражения током зависит от сопротивления тела человека, которое в нормальном состоянии (здоровый организм, сухая кожа) может быть больше 100 кОм. Но в особо неблагоприятных условиях (болезнь, сильное потоотделение, влажное или мокрое тело, открытые раны на теле и т.д.) сопротивление может понизиться до нескольких сотен ом.

Электроемкость. Конденсатор

Опыт 5. Демонстрация конденсатора как накопителя электрической энергии (§ 90)

Внимание! 1. Электролитические (оксидные) конденсаторы нельзя включать в цепь переменного тока. 2. При включении электролитических (оксидных) конденсаторов в цепь постоянного тока обязательно нужно соблюдать правильную полярность соединения его электродов с соответствующими выводами источника питания. Напряжение в цепи не должно превышать максимально допустимого значения, указанного на корпусе.

Оборудование: макетная панель; конденсатор емкостью 500–2000 мкФ; светодиод с ограничительным резистором; лампа 6,3 В, 0,3 А; выпрямитель В-24; переключатель (можно заменить проводом); соединительные провода (3 шт.).

Ход работы

1. Соберите цепь по рис. 5-1, 5-2. Зарядите конденсатор емкостью 500–2000 мкФ, подключив его выводы к источнику тока с учетом полярности электродов.

Рис. 5-1,   5-2

2. Подключите заряженный конденсатор к светодиоду с ограничительным резистором и следите за процессом разрядки конденсатора.

3. Повторите опыт, сменив светодиод лампой накаливания (рис. 5-3), рассчитанной на силу тока не более 0,3 А.

Рис. 5-3

Почему светодиод от заряженного конденсатора светится дольше, чем лампа?

Вычислите электрическую энергию, накопленную конденсатором во время опыта.

4. Убедитесь в том, что конденсатор продолжительное время может сохранять запасенную энергию. Для этого зарядите конденсатор и разрядите его на светодиод через несколько десятков минут.

Опыт 6. Демонстрация разрядки конденсатора на измерительные приборы (§ 90)

Оборудование: макетная панель; конденсатор емкостью 500–2000 мкФ; амперметр (шунт «3 А»); вольтметр (добавочный резистор «15 V»); выпрямитель В-24; переключатель (можно заменить проводом); соединительные провода (4 шт.).

Ход работы

1. Соберите цепь по рис. 6-1, 6-2.

Рис. 6-1

Рис. 6-2

2. Зарядите конденсатор от источника тока и переключите его выводы на вольтметр, включенный с учетом полярности. Наблюдайте за процессом разрядки конденсатора через вольтметр.

3. Повторите опыт, заменив вольтметр амперметром (рис. 6-3). Обратите внимание на то, что при подключении конденсатора стрелка амперметра отклоняется еле заметно.

Рис. 6-3

Объясните различие показаний измерительных приборов при разрядке конденсатора через них. Вспомните, что вольтметр обладает значительно большим сопротивлением, чем амперметр.

Опыт 7. Демонстрация тока зарядки конденсатора (§ 90)

Оборудование: макетная панель; конденсатор емкостью 500–2000 мкФ; светодиод с ограничительным резистором; лампа 6,3 В, 0,3 А; амперметр (шунт «3 А»); вольтметр (добавочный резистор «15 V»); выпрямитель В-24; ключ; соединительные провода (4 шт.).

Примечание. Перед каждой демонстрацией конденсатор следует разрядить, например, подключив к его выводам лампу или светодиод.

1. Соберите цепь по рис. 7-1, 7-2, включив последовательно конденсатор, светодиод, источник тока.

Рис. 7-1

Рис. 7-2

2. Включите цепь и следите за процессом зарядки конденсатора по свечению светодиода. Обратите внимание на то, что по мере зарядки конденсатора яркость светодиода ослабевает.

3. Повторите опыт, заменив светодиод миниатюрной лампой накаливания (рис. 7-3).

Рис. 7-3

В течение какого времени горит светодиод (или лампа) после подключения последовательно с конденсатором к источнику питания? Объясните, почему.

4. Повторите опыт п. 3, заменив лампу амперметром (рис. 7-4), а потом вольтметром (рис. 7-5).

Рис. 7-4

Рис. 7-5

Объясните различие в показаниях приборов в каждом случае.

Почему вольтметр, подключенный последовательно с конденсатором к источнику тока, после его зарядки перестает показывать напряжение? Покажет ли он напряжение, если подключить его параллельно к заряженному конденсатору? Ваш вывод проверьте экспериментом.

Печатается выдержками по одноименному компакт-диску, выпущенному издательством «Импульс» в 2003 г. Комплект предназначен для демонстрации электрических явлений при изучении раздела физики «Электродинамика» в общеобразовательных учреждениях. Может использоваться учителем как при изучении (повторении, закреплении) новой темы, так и для демонстрации образцов сборки электрических схем при проведении фронтальных лабораторных работ. Указаны параграфы учебника А.В.Перышкина «Физика-8» (Дрофа, 2001).
См. также № 13, 15, 45/03.