Л.В.Савельева, Е.М.Раводин,
МО учителей физики, г. Прокопьевск, Кемеровская обл.
ravodin@kuzbass.net

И учителям хочется поиграть

Наше методическое объединение провело для молодых учителей физики игру-викторину. Наиболее компетентные учителя подобрали качественные задачи из разных разделов школьного курса физики. По жребию, из присутствующих сформировали две команды по пять человек, остальные разделились на две группы поддержки. В жюри вошли те, кто подбирал задачи, и наиболее авторитетные коллеги. Командам поочередно задавались вопросы, при правильных ответах начислялось по 2 балла, за неполный ответ – по 1. В случае затруднения предлагалось ответить либо противоборствующей команде, либо поддерживающей группе, за это тоже начислялось по 1 баллу. Игра (приблизительно сто вопросов) продолжалась около часа. Приводим часть рассмотренных вопросов.

• Воздух в цилиндре дизельного двигателя сжимается поршнем в 12–20 раз. На какую особенность строения газов указывает этот факт?

Ответ. В газах расстояния между молекулами большие, во много раз больше, чем сами молекулы.

• Почему продукты сгорания бытового газа естественным образом удаляются через вытяжной канал, предусмотренный конструкцией жилого помещения?

Ответ. Это явление объясняется конвекцией.

• Для охлаждения двигателей используют воду. В зимнее время в неё добавляют антифриз. Зачем?

Ответ. Вода, обладающая наибольшей удельной теплоёмкостью, лучше других носителей отбирает тепло. Антифриз добавляют в воду для снижения температуры замерзания.

• Укажите различие в освещении с помощью прожектора и с помощью автомобильной фары.

Ответ. Прожектор испускает параллельные лучи, поэтому освещает небольшую площадь, а в фаре есть рассеиватель, который расширяет световой пучок для освещения всей ширины дороги.

• Почему почва, картон, дерево и т.п. кажутся более тёмными, если их смочить?

Ответ. У сухого материала поверхность шероховатая, поэтому отражённый свет оказывается рассеянным. Если материал смочить, то от плёнки воды свет будет отражаться зеркально. Кроме того, пройдя сквозь эту плёнку, свет частично поглощается, частично опять же диффузно отражается от картона. Но часть лучей испытают полное отражение и не выйдут наружу.

• Можно ли два куска стекла склеить так, чтобы место склейки оказалось невидимым?

Ответ. Можно, если показатель преломления засохшего клея равен показателю преломления стекла.

• Почему сажа чёрная, хотя на неё падают лучи всего солнечного спектра?

Ответ. Сажа поглощает все лучи.

• Краска представляет собой взвесь мельчайших частиц красителя в жидком растворителе. Почему частицы красителя очень долго не осаждаются на дно банки, хотя плотность их значительно больше плотности растворителя?

Ответ. Взвешенные частицы не выпадают в осадок благодаря броуновскому движению молекул растворителя.

• Маляр покрыл штукатурку масляной краской. Через некоторое время вместо блестящего слоя весьма прочной краски на ней оказался слой красящего порошка, легко стирающийся. Какой физический закон не был учтён маляром? Как нужно было провести технологический процесс, чтобы получить гладкую и стойкую покраску?

Ответ. Масло, которое входит в состав краски, впитывается в капилляры, а красящий порошок остаётся на поверхности. Необходимо было загрунтовать поверхность олифой, чтобы капилляры закупорились, тогда краска не впитывалась бы в материал.

• Шатуны цилиндров двигателей внутреннего сгорания изготовляют из стержней двутаврового сечения. Зачем?

Ответ. Стержни двутаврового сечения хорошо противостоят деформациям растяжения, сжатия, изгиба. К тому же, обладая достаточной прочностью, они имеют меньшую массу, чем целиковые.

• Изменится ли длина пузырька в трубке плотницкого прибора – уровня – при колебаниях температуры?

Ответ. Изменится. В холодную погоду пузырёк воздуха длиннее, т.к. объём воды в трубке уменьшается.

• Почему металл не трескается при резких колебаниях температуры воздуха, а камень трескается?

Ответ. Металл обладает большей теплопроводностью, чем камень. При колебаниях температуры в металле не возникают такие напряжения, которые способны привести к трещинам.

• Почему на заводе для переноски раскалённых болванок нельзя использовать электромагнитные подъёмные краны?

Ответ. При температуре выше температуры Кюри железо теряет свои магнитные свойства.

• Рама автомобиля представляет собой замкнутый контур. Будет ли в ней возникать индукционный ток при движении автомобиля в магнитном поле Земли?

Ответ. В объёме автомобиля магнитное поле Земли можно считать однородным, следовательно, магнитный поток меняться не будет, не будет и тока.

• При выпуске сжатого газа из баллона вентиль покрывается росой. Какой это процесс? Запишите первый закон термодинамики для него.

Ответ. Процесс идёт быстро, и меняются все три параметра системы (p, V, T), можно с некоторым приближением говорить об адиабатном расширении газа. Тогда внутренняя энергия газа уменьшается за счёт совершения им работы при расширении. Температура газа и прилегающих областей баллона понижается.

• Углекислотные огнетушители заряжают сжиженным углекислым газом. Почему при работе огнетушителя из него выходит плотное беловатое облако (углекислый снег), а не жидкость? На чём основано тушение огня таким огнетушителем?

Ответ. При испарении сжиженного углекислого газа и его адиабатном расширении он и сам охлаждается, и из окружающей среды поглощает тепло. Пары газа и водяные пары в области вблизи огнетушителя кристаллизуются. Попадая на горячие предметы, они и охлаждают их, и препятствуют доступу кислорода в зону горения.

• Статистика показывает, что вблизи промышленных центров в выходные дни туманы слабее, чем в рабочие. Почему?

Ответ. Частицы дыма, выходящего из труб котельных установок, являются центрами конденсации водяного пара. Множество водяных капелек образуют туман.

• Почему в зимнее время оконные стёкла запотевают, если в комнате много людей?

Ответ. Ненасыщенный пар, выдыхаемый людьми, находящимися в комнате, при соприкосновении с холодными предметами остывает и становится насыщенным, и на оконных стёклах выпадает роса.

• Почему полупроводниковые приборы не годятся для работы в условиях резкого перепада температур?

Ответ. Проводимость полупроводников очень сильно зависит от температуры, и при её резких перепадах характеристики полупроводниковых приборов сильно изменяются.

• Одинаково ли давление, оказываемое светом на чёрную или белую поверхность?

Ответ. Свет оказывает большее давление на белую поверхность.

• Электрическая прочность фарфора составляет 20 МВ/м, а слюды – в четыре-пять раз больше, однако фарфоровые изоляторы получили большее распространение. Объясните, почему.

Ответ. Причина в механических свойствах этих материалов.

• Какое физическое явление используется при электростатической защите электро- и радиотехнических аппаратов?

Ответ. Экранирование электрического поля замкнутой металлической поверхностью, в том числе сеткой.

• Электрическую лампу накаливают постепенно. Как изменяется при этом спектр её излучения?

Ответ. Сначала появится инфракрасная, а за ней, по мере нагревания нити, и более высокочастотные части спектра.

• Свободными или вынужденными являются колебания поршня двигателя внутреннего сгорания?

Ответ. Вынужденными.

• Большой сосуд с водой, помещённый в погреб, предохраняет овощи от замерзания. Почему?

Ответ. Вода обладает большой удельной теплоёмкостью и большой теплотой кристаллизации, следовательно, имеет большой запас внутренней энергии. Пока вся вода не превратится в лёд, температура в погребе не будет резко понижаться.

• Какова роль сахара и соли при консервировании продуктов? Почему при этом необходимо соблюдать определённую норму?

Ответ. Соль и сахар в определённой концентрации являются консервантами. Несоблюдение норм приводит к ухудшению свойств продукта.

• Объясните, почему пыль удерживается на вертикальной поверхности?

Ответ. За счёт сил межмолекулярного притяжения.

• Почему в холодильнике не рекомендуется рядом с молочными продуктами держать сельдь или нарезанный лук?

Ответ. В холодильнике воздух не проветривается, поэтому молекулы пахучих веществ рыбы или лука долгое время остаются внутри и благодаря диффузии проникают в молочные продукты.

• Почему штукатурка отваливается, если между ней и кирпичной стеной попадает дождевая вода?

Ответ. Потому что молекулярное сцепление между штукатуркой и водой меньше, чем между штукатуркой и кирпичом.

• В производственной практике нагретые до высокой температуры металлические детали часто охлаждают в воде, минеральном масле или воздухе. В какой среде охлаждение идёт наиболее быстро и почему?

Ответ. В воде, т.к. теплоёмкость воды больше всех других веществ.

• Чем объясняется нагревание скатов автомобиля во время длительной езды?

Ответ. Деформацией скатов и трением.

• Иногда из водопроводного крана вода вытекает белая, будто молоко. Чем это объяснить?

Ответ. Воздух растворяется в воде тем лучше, чем больше давление и ниже температура. Когда вода вытекает из крана, часть растворённого воздуха выделяется в виде огромного количества мелких пузырьков и вода принимает молочно-белый цвет.

• Может ли кипеть вода в кастрюле, плавающей в другой кастрюле с кипящей водой?

Ответ. Для кипения необходим приток энергии. Здесь же в обоих сосудах температура 100 °С, поэтому из внешнего сосуда во внутренний энергия передаваться не будет. Если во внешней кастрюле будет раствор соли, то вода во внутренней будет кипеть, т.к. температура наружного кипящего раствора будет выше температуры кипения чистой воды.

• Свежеиспечённый хлеб весит больше, чем остывший. Почему?

Ответ. Свежеиспечённый хлеб содержит больше влаги. В остывшем хлебе часть воды уже испарилась.

• При возведении построек поверх кирпичного фундамента кладут слой так называемого «толя», т.е. толстой бумаги, пропитанной каменноугольной смолой. Без такой прокладки помещение легко сыреет. Почему?

Ответ. Толь не смачивается водой и не пропускает её к кирпичной кладке.

• Может ли поваренная соль быть жидкой?

Ответ. Да. Например, при нормальном атмосферном давлении поваренная соль жидкая при температуре выше 800 °С.

• Из чайника налили чай в стакан с сахаром и в стакан без сахара. Почему чай в первом стакане оказался холоднее?

Ответ. На растворение сахара (на разрушение его кристаллической решётки) расходуется энергия в виде некоторого количества теплоты, которая черпается из окружающей среды, поэтому сладкий чай быстрее охлаждается.

• Почему в холодильниках по трубам, проложенным в помещении, которое надо охлаждать, заставляют циркулировать не чистую воду, а специальные растворы или жидкости?

Ответ. Температура замерзания раствора или жидкости ниже 0 °С, что позволяет использовать их в холодильниках при температурах ниже температуры замерзания воды.

• Для чего на электрифицированных дорогах, на стыках рельсов, делают соединители в виде жгутов из толстой медной проволоки, приваренных к концам обоих рельсов?

Ответ. Рельсы служат одним из проводников в цепи питания двигателя электровоза, а медные толстые жгуты обеспечивают цельность этой цепи.

• Как определить знаки полюсов автомобильного аккумулятора, пользуясь двумя медными проводниками и сырой картофелиной?

Ответ. Медные проводники надо присоединить к выходным клеммам аккумулятора, а их свободные концы воткнуть в картофелину. В результате электролиза у положительного полюса батареи будет выделяться кислород, который взаимодействует с медью. Образуемые оксиды и гидроксиды меди окрасят картофель в голубовато-зелёный цвет.

• Можно ли натянуть верёвку горизонтально так, чтобы она не провисала?

Ответ. Нельзя. В этом случае сила тяжести и сила натяжения верёвки перпендикулярны друг другу и не могут уравновеситься.

• Почему для того, чтобы скорее вылить жидкость из бутылки, надо придать ей быстрое вращательное движение?

Ответ. Жидкость будет прижиматься к стенкам сосуда, и для воздуха освободится постоянный проход.

• Определить, сырое яйцо или варёное, можно, приведя его во вращение. Варёное яйцо вращается долго, а сырое останавливается после одного-двух оборотов. Чем это объяснить?

Ответ. Варёное яйцо вращается как твёрдое тело, а в сыром яйце слои жидкого содержимого будут вращаться с разной скоростью с некоторым трением друг относительно друга.

• Как нужно действовать при возникновении пожара в электрических установках?

Ответ. В первую очередь отключить электричество, а затем забрасывать огонь песком. Ни в коем случае нельзя пользоваться водой.

• Почему в помещении, где заряжают аккумуляторы, запрещено курить?

Ответ. При зарядке выделяется взрывоопасный гремучий газ.

• Для получения газированной воды через воду пропускают сжатый углекислый газ. Почему температура воды при этом понижается?

Ответ. Вследствие растворения в воде газа.

• Если краем ложки образовать «шейку» между двумя каплями жира, плавающими на поверхности горячего супа, то они сольются в одну большую каплю. Почему?

Ответ. Потенциальная энергия поверхностного слоя одной крупной капли меньше, чем двух малых.

• Какая вода закипит раньше – солёная или пресная?

Ответ. Пресная, поэтому в кулинарных книгах рекомендуют солить воду после закипания.

• Как с помощью сильного магнита (лучше подковообразного) определить, постоянным или переменным током питается электрическая лампочка?

Ответ. Сила Ампера вызовет изгиб спирали при поднесении магнита, если по ней протекает постоянный ток.

• Некоторые автомобили имеют дополнительные противотуманные фары жёлтого цвета. Зачем?

Ответ. Меньше всего капельки воды (туман) рассеивают красный, оранжевый и жёлтый свет.

• Какие светильники предпочтительнее устанавливать в магазинах, где продают ткани: лампы накаливания или дневного света?

Ответ. Лампы дневного света, т.к. их излучение по спектральному составу ближе к солнечному.

• При изготовлении искусственных перламутровых пуговиц на их поверхности делают мельчайшую штриховку. Почему после этого они приобретают радужную окраску?

Ответ. Штриховка играет роль дифракционной решётки, дающей спектр в отражённых лучах.

• Одинаковые ли пути проходят правые и левые колёса автомобиля при поворотах?

Ответ. Нет, линейная скорость зависит от радиуса поворота.

• Зачем увеличивают натяжение приводного ремня, передающего движение от шкива к шкиву, например, от коленчатого вала к вентилятору?

Ответ. Для увеличения силы трения.

• Автомашина с прицепом должна перевезти тяжёлый груз. Куда его выгоднее поместить: в кузов или на прицеп? Почему?

Ответ. Тяжёлый груз лучше поместить в кузов, т.к. при этом увеличится сила трения ведущих колёс о дорогу, т.е. сила тяги.

• Почему надо беречь смазочные материалы от попадания в них песка и пыли?

Ответ. Песок и пыль увеличивают трение и износ деталей.

• Что будет, если между тормозной колодкой и тормозным барабаном автомобиля попадёт масло?

Ответ. Трение уменьшится, и тормоз перестанет работать.

• Если засохший хлеб поместить в целлофановый мешочек, предварительно смоченный водой, то через некоторое время хлеб сделается мягким. Почему?

Ответ. За счёт испарения воды и последующей диффузии паров воды в хлеб.

• Для размягчения горох перед варкой замачивают в воде. Какое при этом используется явление?

Ответ. Диффузия.

• Рассохшиеся деревянные бочки, в которых намереваются засаливать огурцы, предварительно опускают на некоторое время в воду, после чего щели в бочках исчезают. Объясните, почему.

Ответ. Из-за диффузии дерево пропитывается водой и разбухает.

• Почему соль мелкого помола быстрее растворяется в воде, чем крупного?

Ответ. Растворение происходит с поверхности, а у мелкой соли общая поверхность больше.

• В каких агрегатных состояниях вода непригодна для использования в радиаторах автомобилей и тракторов?

Ответ. В газообразном и твёрдом.

• В каком агрегатном состоянии находится бензин, когда мы ощущаем его запах? когда заливаем в бензобак?

Ответ. В первом случае – в газообразном, во втором – в жидком.

• Почему не удаётся вскипятить молоко в чайнике с мощной спиралью?

Ответ. Белок сворачивается, теплопроводность ухудшается – и спираль перегорает.

• Становится ли прохладнее в бальном зале, когда дамы обмахиваются веерами?

Ответ. Становится теплее, т.к. усиливается отвод тепла от тел людей в воздух.

Лариса Валентиновна Савельева училась в средней школе № 2 г. Прокопьевска у Раводина Евгения Михайловича. В 1979 г. окончила физический факультет Кемеровского государственного университета. Лариса Валентиновна преподаёт физику в школе № 2 г. Прокопьевска уже 15 лет. Имеет высшую квалификационную категорию. Последние 6 лет работает также методистом ИМЦ Управления образования города. Любит читать и общаться с людьми.

Евгений Михайлович Раводин – учитель физики высшей квалификационной категории школы № 2 г. Прокопьевска, заслуженный учитель РФ. В 1958 г. окончил с отличием Сталинский (ныне Новокузнецкий) педагогический институт. С 1957 г. и по настоящее время работает в средней общеобразовательной школе № 2 г. Прокопьевска учителем математики, физики и астрономии (педагогический стаж 48 лет). За это время Евгений Михайлович выпустил около 5000 учеников, среди них есть теперь доктора и кандидаты наук. Постоянно руководил самодеятельным киноклубом, кружками «Юный физик» и «Юный техник». В свободное время Евгений Михайлович любит слушать музыку, придумывать методы использования компьютера в преподавании физики и астрономии.