Міністерство освіти і науки України

Національний педагогічний університет імені М.П.Драгоманова

 

 

 

 

 

 

Фізика

демонстраційний експеримент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ – 2022

 

Міністерство освіти і науки України

Національний педагогічний університет імені М.П.Драгоманова

 

 

 

 

 

О.М. КУЧМЕНКО

 

 

Фізика

демонстраційний експеримент

Навчальний посібник

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ – 2022

 

УДК 372.853

 

 

Кучменко О. М. Фізика: демонстраційний експеримент: Навчальний посібник. – К. : НПУ імені М.П. Драгоманова, 2022. – 103 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У навчальному посібнику описані основні навчальні демонстрації з фізики.

Посібник розрахований на викладачів, вчителів загальноосвітніх шкіл, учителів шкіл фізико-математичного профілю, ліцеїв, гімназій.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Кучменко О.М.

 

 

 

ЗМІСТ

Передмова………………………………………………………………….………..8

1.     МЕХАНІКА……………………………………………………………………9
   1.           КІНЕМАТИКА…………………………………………………..……….. 9

1.1.1. Відносність механічного руху і спокою……………………………..9

1.1.2. Спостереження траєкторії руху……………………………………..10

1.1.3. Демонстрування поступального і обертального рухів твердого тіла………………………………………………………………………………..11

1.1.4. Складання переміщень двох рівномірних прямолінійних рухів, напрямлених під кутом один до одного……………………………………… 12

1.1.5. Рівномірний рух  металевої кулі у в’язкій  рідині………..………14

1.1.6. Рівномірний рух  повітряної бульбашки у рідині…………..…….14

1.1.7. Демонстрування рівномірного прямолінійного руху……………..14

1.1.8. Демонстрування рівноприскорених рухів з різними прискореннями…………………………………………………………………..15

1.1.9. Зміна ваги тіла при прискореному або сповільненому падінні і підніманні……………………………………………………………………..….16

2. ДИНАМІКА…………………………………………………………………..18

1.2.1. Демонстрування властивості тіл зберігати стан спокою……..…..18

1.2.2. Практичне використання властивості тіл зберігати стан спокою……………………………………………………………………..……..19

1.2.3. Демонстрування властивості тіл зберігати прямолінійність руху…………………………………………………………………….…………20

1.2.4. Демонстрування тертя спокою, тертя ковзання і тертя кочення………………………………………………………………………….. 21

1.2.5. Залежність сили тертя від сили нормального тиску і від роду тертьових поверхонь……………………………………………………………21

1.2.6. Способи збільшення і зменшення сили тертя…………….………..22

1.2.7. Дослідження залежності між прискоренням, силою і масою тіла……………………………………………………………………….……….22

1.2.8. Демонстрування сил взаємодії  двох тіл………………..…………25

1.2.9. Експериментальне вивчення руху тіла, кинутого горизонтально…………………………………………………………….……..26

1.2.10. Водяний струмінь як речовинна траєкторія руху тіла, кинутого  горизонтально ……………………………………………………………….….27

1.2.11. Водяний струмінь як речовинна траєкторія руху тіла, кинутого під кутом до горизонту………………………………………………………………27

1.2.12. Доцентрова сила - рівнодійна сили пружності і ваги тіла……….28

1.3. РОБОТА І ЕНЕРГІЯ. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ………………..………29

1.3.1. Залежність зміни швидкості руху тіла від величини сили, що діє на тіло, часу її дії і маси тіла…………………………………………………..……..29

1.3.2. Дослідне визначення потужності, розвинутої при підніманні тіла……………………………………………………………………….….……..30

1.3.3. Потенціальна енергія тіла, піднятого над землею. ………….…….30

1.3.4. Потенціальна енергія розтягнутої або стиснутої пружини…..…..31

1.3.5. Кінетична енергія рухомого тіла………………………………….….32

1.3.6. Залежність кінетичної енергії від маси тіла і швидкості його руху………………………………………………………………………………..32

1.3.7. Демонстрування маятника Максвелла………………….……………33

1.4. ГІДРОСТАТИКА…………………………………………………………..34

1.4.1. Передавання тиску рідиною…………………………………..……..34

1.4.2. Залежність тиску рідини на дно посудини від висоти стовпа рідини……………………………………………………………………………..35

1.4.3. Демонстрування тиску рідини на стінки посудини……….……….37

1.4.4. Демонстрування залежності тиску рідини на стінки посудини від висоти стовпа рідини…………………………………………………………….38

1.4.5. Демонстрування закону сполучених посудин………….…………38

6.                   Дослідна перевірка закону Архімеда………………….…………39

2. МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА…………………………………………………41

2.1. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ…………………………………………………………………….……..41

2.1.1. Поширення запаху від пахучих речовин………………………………41

2.1.2. Дифузія в рідинах………………………………………………..……41

2.2. ВЗАЄМОДІЯ МОЛЕУКЛ…………………………………………………42

2.2.1. Прилипання скляної пластини до води…………………….………42

2.3. ГАЗОВІ ЗАКОНИ…………………………………………………………42

2.3.1. Закон Бойля-Маріотта……………………………………………….42

2.3.2. Демонстрування адіабатного процесу………………………..……43

2.4. ТИСК РІДИН І ГАЗІВ……………………………………………………..48

2.4.1. Властивості насиченої і ненасиченої пари…………………………48

2.5. ВОЛОГІСТЬ ПОВІТРЯ……………………………………..……………49

2.5.1. Виявлення водяної пари в повітрі………………………………….49

2.5.2. Визначення точки роси……………………………………….………50

2.5.3. Вимірювання відносної вологості психрометром…………..…….51

2.6. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА………………………………………..…………52

2.6.1. Поверхневий натяг мильної плівки……………………………..….52

2.6.2. Мильні плівки на каркасах………..………………………………...53

2.6.3. Дослід Плато………………………………………………………….55

2.6.4. Утворення менісків…………………………………………….……..56

2.6.5. Рідина в капілярних трубках…………………………………….….57

2.7. КРИСТАЛІЧНА БУДОВА ТІЛ……………………………………………58

2.7.1. Демонстрування моделі кристалічної решітки кухонної солі…………………………………………………………………………………58

2.7.2. Деформація розтягу мідної дротини…………………….………….59

2.7.3. Деформація згину……………………………………………………..62

2.7.4. Деформація зсуву і кручення………………………………………..62

3. ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ……………………………………………..64

3.1. ЕЛЕКТРОСТАТИКА……………………………………………………..64

3.1.1. Будова і дія електрофорної машини…………………………………64

3.1.2. Два типи зарядів…………………………………………………..…66

3.1.3. Дискретність заряду…………………………………………….……66

3.1.4. Лінії напруженості електричного поля……………………….…….66

3.1.5. Електростатичний вплив…………………………………….………66

3.1.6. Потенціал і розподіл зарядів зарядженого провідника…………..67

3.1.7. Сітка Кольбе…………………………………………………………..68

3.1.8. Заряди на вістрях…………………………………………….………69

3.1.9. Матеріальність електричного поля………………………………...70

3.1.10. Силова структура електричного поля………………………..……70

3.1.11. Електростатичний захист…………………………………………….71

3.1.12. Екрануюча дія провідників…………………………………..…….72

3.1.13. Ємність плоского конденсатора………………………………..…..72

3.1.14. Будова і дія лейденської банки………………………………..……73

3.2. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ………………………………74

3.2.1. Закон Ома……………………………………………………….…….74

3.2.2. Залежність опору провідника від питомого опору, довжини та площі поперечного перерізу……………………………………………………….…….74

3.2.3. Температурна залежність опору металів і розплавів……………...75

3.2.4. Залежність опору електролітів від температури…………….…….76

5.      Електроліз розчину мідного купоросу………………………….…77
6.      Іонізуюча дія полум’я……………………………………………….78
7.                     Модель для ілюстрування механізму розрядження електричної лампочки……………………………………………………………………….....79

3.2.8. Виявлення струму при несамостійному розряді в газі……………79

3.3. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА……………………………………….…80

3.3.1. Дія струму на магнітну стрілку. Дослід Ерстеда…………………..80

3.3.2. Демонстрування магнітних полів струмів різної конфігурації……………………………………………………………………….81

3.3.3. Дія магнітного поля на рамку зі струмом……………………..…..83

3.3.4. Індукція в суцільних провідниках………………………………….84

3.3.5. Самоіндукція під час розмикання електричного кола…………....85

3.3.6. Енергія магнітного поля……………………………………………..86

4.    ОПТИКА……………………………………………………………………….88

4.1. ЗАКОНИ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ОПТИКИ…………………………………88

4.1.1. Закони відбивання світла…………………………………………….88

4.1.2. Хід променів і утворення зображення в дзеркальному перископі……………………………………………………………………..…..88

4.1.3. Відбивання світла від угнутого сферичного дзеркала……..……...89

4.1.4. Відбивання світла від опуклого сферичного дзеркала……………...90

4.1.5. Заломлення світла на межі двох середовищ…………………….…..91

4.1.6. Повне внутрішнє відбивання світла…………………………….……92

4.1.7. Хід променя крізь скляну плоско-паралельну пластинку…………..92

4.1.8. Хід світлового променя крізь прямокутну призму…………….……93

4.1.9. Оптичний центр і фокус лінзи…………………………………..…...94

4.2. ХВИЛЬОВА ОПТИКА…………………………………………………...….96

4.2.1. Інтерференція світла від подвійної щілини Юнга………………...…96

4.2.2. Інтерференція світла у тонких плівках………………………………97

4.2.3. Дифракція світла на тонкій нитці………………………………..…..99

4.2.4. Дифракція світла від вузької щілини…………………………………99

4.2.5. Дифракція світла на непрозорій кульці та круглих отворах……100

4.2.6. Отримання дифракційного спектру……………………………… ..101

Список використаної літератури………………………………………………102

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передмова

 

Демонстраційний експеримент з фізики є невід’ємною компонентою навантаження фізики. Різноплановість експерименту є основою об’єктивності процесу пізнання, в якому комплексне використання дидактичних засобів покликане сприяти наочному розкриттю суті явищ, процесів, закономірностей і законів природи, формувати наукове уявлення про фізичну картину світу. Адже експеримент  не можна замінити вербальними описами спостережень навколишнього середовища, оскільки в експерименті здійснюється певне абстрагування з цілеспрямованим виділенням характерних особливостей.

При формуванні структури і змісту посібника автор виходив з того,  що:  по-перше, самі лише спостереження не однаково сприймаються,а тому  не можуть бути єдиною основою для формування знань; по-друге, те чи інше явище або процес, що спостерігається в природі, знаходиться в складній взаємодії з іншими явищами та процесами, інколи, не суттєвими для аналізу; по-третє, демонстраційний експеримент відтворює явища або процеси з мінімальним числом побічних факторів і отже студенти мають можливість безпосередньо спостерігати їх характерні особливості, виділити їх суттєві риси.

Вибір тематики демонстрацій у посібнику обумовлений необхідністю охопити якмога більшу кількість можливих демонстрацій і здійснити їх методичний опис.        

В посібнику представлений опис класичних демонстрацій з фізики, які демонструються в навчальних закладах 1-3 рівня акредитації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. МЕХАНІКА.

1.     КІНЕМАТИКА.

1.1.1. Відносність механічного руху і спокою.

а) Обладнання: універсальний штатив; блок на стержні; набір важків з двома крючками для дослідів з механіки; міцна тонка нитка; тонкий дріт.

На стержні універсального штатива, скрученому з двох половин, закріплюють за допомогою муфти блок, через який перекидають нитку. До кінців нитки підвішують по два двохсотграмові важки. З одного боку до крючка нижнього з важків підвішують переважок масою 10 г. Внаслідок дії переважка вся система важків починає рухатись.

Це дає можливість наочно продемонструвати та пояснити відносність руху, ввести поняття про тіло та систему відліку.

 

б) 0бладнання: платформа на колесах; візок; штатив; блок на стержні; міцні нитки.

Для демонстрування відносності механічного руху і спокою використовують установку, зображену на рисунку.

Вона складається з блока, закріпленого на штативі, платформи на колесах та візка.

Виконують такі досліди:

1. Переміщують платформу так, щоб візок залишався нерухомим відносно неї. Розглядають три тіла: штатив, платформу і візок і визначають стан двох із них, беручи третє за тіло відліку.

2. Прив'язують ниткою візок до штатива, причому візок повинен стояти на краю платформи, найбільш віддаленому від штатива, як це показано на рисунку

Переміщують платформу, віддаляючи її від штатива, спостерігають,що візок залишається нерухомим відносно штатива. Водночас він переміщується відносно платформи. Беруть по черзі платформу і візок за тіло відліку і визначають відносно нього стан обох інших тіл.

3. До візка, розташованого на краю платформи, найбільш віддаленому від штатива, прив’язують міцну нитку, яку перекидають через блок (рис.в).

 До нитки прив’язують важок. Вагу важка підбирають такою, щоб візок рухався з невеликим прискоренням. Одночасно з рухом візка рухають рукою платформу і визначають стан двох тіл, беручи третє за нерухоме тіло відліку.

в) Обладнання: платформа з візком; брусок.

На демонстраційному столі розташовують платформу для демонстрування законів механіки, а на неї – візок з бруском (або із закріпленим на ньому маятником). Якщо візок привести в рух, то можна спостерігати відносність механічного руху і спокою візка з бруском (або маятником): на початку руху візка спостерігається падіння бруска (відхилення маятника) протилежно напрямку руху візка.

 

1.1.2. Спостереження траєкторії руху.

Обладнання: скляна банка з тубусом біля дна; гумова пробка для закривання тубуса з отвором, крізь який пропущена скляна тру­бочка з надітою на неї гумовою трубкою, в отвір кінця якої вставлена скляна трубка з відтягнутим кінчиком; вода; підйомний столик; великий кристалізатор.

Установка для демонстрування досліду складається з скляної банки з тубусом, наповненої водою і встановленої на підйомному столику.

Опускають гумову трубку і спрямовують відтягнутий кінчик вставленої в неї скляної трубочки так, щоб струмінь води витікав вертикально.

При цьому спостерігають прямо­лінійну траєкторію руху струменя. Спрямовуючи струмінь гори­зонтально і під кутом до горизонту, демонструють криволінійну траєкторію його руху.

Якщо струмінь спрямувати вертикально вниз і коливати скляну трубочку, то можна показати ще один вид криволінійної траєкторії.

 

 

1.1.3. Демонстрування поступального і обертального рухів твердого тіла.

Обладнання: ящик-підставка; дерев'яний брусок від трибо­метра; книга; два куски крейди; відцентрова машина; сирена з наклеєними на її диску на різних відстанях від центра 3 - 4-ма білими паперовими кружечками; нитки.

Спочатку демонструють рух бруска. Для цього прив'язують нитку до крючка, вкрученого в брусок і, поставивши брусок на ящик-підставку, переміщують його поступально, тягнучи за нит­ку, яка повинна бути напрямлена паралельно верхній стінці ящика. При цьому спостерігають однаковість і рівність траєк­торій, описуваних всіма точками бруска.

Щоб записати траєкторії поступального руху точок тіла, до палітурки книги притискають два куски крейди на певній відстані один від одного так, щоб їх кінці виступали за край книги. При­тримуючи куски крейди пальцями рук, переміщують її по дошці, причому кінці крейди повинні весь час торкатися поверхні дошки і записувати траєкторії двох точок переміщуваного тіла. Звертають увагу на однаковість форми і рівність довжини одержаних траєкторій.

 Якщо книгу переміщувати не поступально, а якось інакше, то траєкторії різних точок, записані на дошці, будуть неоднакові.

 

 

1.1.4. Складання переміщень двох прямолінійних рухів, напрямлених під кутом один до одного.

а) 0бладнання : скляна трубка завдовжки 30-60 см, діаметром 2-4 см; гумова пробка діаметром на 1-2 мм меншим від діаметра скляно­ї трубки; шпилька; нитки; цвях; молоток; крейда; косинець.

Гумову пробку за допомогою шпильки з боку меншої основи кріплять до нитки і опускають у скляний циліндр. Після цього на дошці будують прямий кут, одна з сторін якого горизонтальна, а друга - вертикальна. Прикладають циліндр до дошки так, щоб пробка містилася проти вершини збудованого прямого кута.

Демонструють складові руху пробки по вертикалі (пробку піднімають вертикально вгору за допомогою нитки, залишаючи циліндр нерухомим) і по горизонталі (циліндр рухають у гори­зонтальному

 

напрямі, при­чому пробка повинна переміщуватись уздовж горизонтальної сторони прямо­го кута разом з циліндром, залишаючись нерухомою відносно останнього). На сторонах прямого кута відкладають відрізки, що дорівнюють висоті цилінд­ра, тобто довжинам шляхів складових руху проб­ки, і на цих відрізках, як на сторонах, будують квадрат, в якому з вершини, де міститься пробка, проводять діагональ.

Щоб пробка брала участь в обох складових ру­хах одночасно, петлю нит­ки накидають на цвях, забитий у раму дошки на одному горизонтальному рівні з верхнім краєм циліндра (при цьому нитка повинна натягнутись).

Переміщують циліндр так, щоб його нижня основа рухалась уздовж нижньої горизонтальної сторони побудованого квадрата. При цьому пробка бере участь в обох рухах одночасно і переміщується по діагоналі квадрата.

 

б) Обладнання: дерев'яна колодочка (10Х5Х5 см); металева трубка завдовжки 50-100 см, діаметром 6-8 мм; ко­тушка від ниток; міцні нитки; крейда; метрова лінійка.

У дерев'яній прямокутній колодці висвердлюють отвори діаметром, що дорівнює діаметру трубки (6-8 мм). Один з отворів напрямлений перпендикулярно до стінки колодочки, в якій його висвердлено, а другий – під кутом 60-70° до цієї самої стінки. В один з отворів вставляють кінці стержня. У другому кінці трубки висвердлюють отвір діаметром 1-2 мм, перпендикулярний до її осі. Краї отвору роззенковують, щоб пропущена крізь нього нитка не перетиралася. До нитки прив'я­зують повзунок - відрізану від котушки для ниток бічну стінку. Повзунок насаджують на стержень.

Дослід демонструють подібно до попереднього досліду (див. дослід а), рухаючи колодочку по жолобу дошки.

Вставляючи стержень в отвір, перпендикулярний до стінки колодочки, демонструють додаванння рухів, напрямлених під прямим кутом. Якщо стержень вставити в отвір, не перпендикулярний до стінки коло­дочки, то можна показати додавання рухів, напрямлених під гострим або тупим кутом.

 

Якщо описаний повзунок замінити повзунком у вигляді дерев'яної колодочки з отвором для закріплення крейди, то можна записати траєкторії складного і складових рухів.

 

в) Обладнання: два універсальних лабораторних шта­тиви; демонстраційна масштабна лінійка; повзунок у вигляді дерев’яної прямокутної колодочки з прямокутним вирізом; нитки; важок; канцелярські кнопки; три дерев'яні стержні.

Нитку пропускають крізь отвір у повзунку і один з її кінців прив'язують до канцелярської кнопки, встромленої в лінійку, а до другого кінця чіпляють важок, як це показано на рисунку.

Дослід демонструють так само як і дослід 1.1.4(а).

 

1.1.5. Рівномірний рух металевої кулі у в’язкій рідині.

Обладнання: скляна трубка завдовжки 0,8-1,5 м, діаметром 10-40 мм; корки для трубки 2 шт.; гліцерин або інша в’язка рідина для заповнення трубки; металева куля.

Один з отворів скляної трубки  закривають корком і наливають у неї гліцерин або іншу в’язку рідину. В трубку опускають металеву кулю (наприклад, стальну), діаметр якої менший за діаметр трубки і закривають корком другий отвір.

Трубку  тримають у руках у вертикальному положенні. Трубку швидко перевертають і спостерігають за рухом кульки зверху донизу.

 

 

1.1.6. Рівномірний рух повітряної бульбашки у рідині.

Обладнання:  скляні трубки діаметром 10-40 мм; підфарбована рідина; корки для трубок.

Один з отворів скляної трубки закривають корком і наливають в неї підфарбовану рідину, після чого другий кінець трубки закривають корком. Таких трубок в досліді можна використовувати дві і більше, при цьому довжина трубок має бути однаковою, але різного діаметру. Трубки потрібно закріпити вертикально у спеціально виготовленому дерев‘яному каркасі. Перевертаючи каркас з трубками у вертикальній площині, спостерігаємо рух повітряної бульбашки знизу догори рівномірно з різною швидкістю в трубках різного діаметру.

 

1.1.7. Демонстрування рівномірного прямолінійного руху.

Обладнання: візок з посудиною з крапельницею; штатив на стержні; нитки; відерце; свинцевий дріб; дерев'яний щиток, покритий з одного боку алюмінієвою фарбою; вазелін; два ящики-підставки; вата; водний розчин чорної туші; дві коробки; дошка.

Для демонстрування рівномірного прямолінійного руху використовують візок з встановленою на ньому посудиною з крапельницею, який зображено на рисунку.

На початку досліду на край демонстраційного стола ставлять штатив, у муфті якого закріплюють стержень з блоком, який повинен виступати за край стола. На двох ящиках-підставках установлюють добре вистругану дошку (80х25х2 см), на яку ставлять візок з крапельницею. При цьому посудину на візку заповнюють водним розчином чорної туші.

Під отвором крана крапельниці встановлюють похилу дощечку розміром 80 Х 10 Х 1 см, покриту з зовнішнього алюмінієвою фарбою. Похилого положення дощечці найпростіше надати, спираючи її на дві сірникові коробки. Покритий алюмінієвою фарбою бік дощечки натирають змащеною вазеліном ваткою, щоб краплі не розтікалися.

До візка прив'язують нитку, яку перекидають через блок. До її другого кінця прив'язують легеньке відерце. У нього насипають гранульований свинець для компенсування сил тертя, що виникають при русі візка. Візуально переконуються, що при маленькому поштовху візочка, він рухається зі сталою швидкістю. Остаточну перевірку роблять, відкривши кран крапельниці. Якщо відстані між сусідніми краплями будуть однаковими, то установку можна вважати підготовленою до досліду.

При демонструванні досліду частоту витікання крапель і швидкість руху візка підбирають так, щоб на похилу дошку впало 6 - 12 крапель. Відстані між сусідніми краплями можна порівнювати за допомо­гою циркуля.

 

 

1.1.8. Демонстрування рівноприскорених рухів з різними прискореннями.

Обладнання: універсальний штатив; набір важків з двома крючка­ми; різноважки; блок на стержні; нитки.

Установка для демонстрування  рівноприскорених рухів з різними прискореннями зображена на рисунку.

У муфті універсального штатива закріплюють блок на стержні. Через нього перекидають нитку, довжина якої дорівнює відстані від блока до кришки стола. До кінців нитки прив'язують однакові важки. На один з них кладуть переважок і спостерігають рівноприскорений рух системи важків.

Дослід повторюють з переважками різних мас, що дає можливість порівняти зміну швидкості за однаковий час, тобто прискорення спостережуваних рухів.

 

9. Зміна ваги тіла при прискореному або сповільненому падінні і підніманні.

а) Обладнання: універсальний штатив; блок на стержні; динамометр Бакушинського; набір важків з двома крючками; різноважки; мідний дріт; папір; кнопки; червоний олівець.

Для демонстрування зміни ваги тіла при рівнозмінному вертикальному русі тіла використовують установку, зображену на рисунку.

На верхній частині універсального штатива закріплюють у муфті нерухомий блок, через який перекидають мідну дротину діаметром 0,2-0,3 мм. На одному кінці дротини роблять петлю, а до другого підві­шують динамометр Бакушинського. Шкалу динамо­метра закривають аркушем білого паперу, а до кінця дротини-покажчика динамометра прикріплюють вирізану з жерсті стрілку.

До петлі підвішують три важки по 100 г; до крючка динамометра підвішують таку саму кіль­кість важків і переважок (20-50 г). Червоним олів­цем на папері відмічають положення стрілки. Ди­намометр з підвішеними до нього важками піднімають угору до блока і відпускають. При русі покази динамометра зменшуються, що й до­водить зменшення ваги важків. Масу переважка експериментально підбирають так, щоб система важків рухалась не дуже швидко, аби можна було бачити покази динамометра під час руху і водночас прискорення було достатнім для помітної зміни ваги важків.

Якщо до лівої системи важків підвісити переважок, який зумовлює рух динамометра і під­вішених до нього важків угору, то динамометр покаже збільшення ваги важків.

 

б) Обладнання: штатив; пружина з кільцем-покажчиком; маятник Максвелла, підвішений до Т-подібної пластинки, пристосованої для прикріплення до кільця-покажчика; стрілка-покажчик; міцні нитки; сірники.

З фанери вирізають Т-подібну пластинку. Болтиком з гайкою пластинку прикручують до крючка кільця-покажчика, припаяного до пружини. Пружину закріплюють у лапці штатива і до горизонтальної планки  лапці штатива, і до горизонтальної Т-подібної пластинки на двох міцних нитках (найкраще капронових) підвішують маятник Максвелла.

 

 Накручують нитки на вісь маятника і прив’язують вісь ниткою до горизонтальної планки Т-подібної пластинки. Відмічають закріп­леною на стержні штатива стрілкою-покажчиком положення кільця-покажчика. Перепалюють нитку, яка утримує маятник, і спостерігають, що при опусканні маятника вага його зменшується, а при підніманні - збіль­шується.

в) Обладнання: демонстраційний динамометр; важок вагою 500 г; міцні нитки.

Для спостереження зміни ваги тіла при прискоре­ному або сповільненому русі вгору чи вниз використовують демонстраційний дисковий динамометр з міцно прив'язаним до нього важком. В стані спокою динамометр показує вагу важка.

Потім піднімають динамометр з важком угору спо­чатку прискорюючи його рух (до половини можливої висоти його підняття), а потім (до другої половини цієї висоти) сповільнюючи його рух. При прискореному русі вгору покази динамометра більші, а при сповільненому - менші показів в стані спокою

Аналогічно демонструють зміну ваги, опускаючи динамометр з важком вниз. При прискореному русі вниз покази динамометра менші, а при сповільненому - більші від ваги важка.

При рівномірному русі вгору (вниз) динамометра з важком покази динамометра не змінюються.

 

2.     ДИНАМІКА.

1.2.1. Демонстрування властивості тіл зберігати стан спокою.

а) Обладнання: п’ять плоских циліндричних важків; гумовий шнур; ящик-підстав­ка; штатив; кусок фанери або картону.

Для демонстрування досліду збирають установку, показану на рисунку.

На ящик-підставку ставлять 4 - 5 покладених один на одного важків. У лапці штатива, поставленого поряд закріплюють кінці складеного вдвоє гумового шнура. Шнур про­тягують крізь отвір в аркуші поставленого біля стінки ящика картону, який використовується для зупинки важків. Розтуливши його половини, надівають утво­рену петлю на один із важків. Кінець шнура притискують до поверхні ящика пальцем.

Відпускають шнур, який швидко висмикує нижній важок з-під решти важків, які, залишаються нерухомими, тобто зберігають стан спокою.

 

б) Обладнання: склянка з водою; підйомний столик; смужка з цупкого міцного паперу; штатив.

На край підйомного столика кладуть кінець сму­жки, вирізаної з цупкого паперу, а на неї ставлять склянку з водою, як це показано на рисунку.

Лівою рукою беруться за вільний край смуж­ки, а ребром правої руки ударяють по її середній частині. Смужка висмикується з-під склянки, яка залишається в спокої.

 

1.2.2. Практичне використання властивості тіл зберігати стан спокою.

Обладнання: стержень і кільце універсального штатива.

В ліву руку беруть стержень універсального штативу і, надавши йому горизонтального положення, насувають на нього кільце, різко вдаряючи в торець правою рукою, як це показано на рисунку.

Спостерігають, що стержень перемі­щується, а кільце, зберігаючи стан спокою, залишається на місці.

При цьому під час удару не слід міцно затискувати стержень в руці, щоб внаслідок удару він міг переміститись на кілька санти­метрів.

Цей дослід дозволяє пояснити спосіб насадки молотка на рукоятку та регулювання положення леза в рубанку.

 

1.2.3. Демонстрування властивості тіл зберігати прямолінійність руху.

Обладнання: візок; пружина; дві клеми.

Поряд з демонструванням властивості тіл зберігати стан руху експериментально доводять властивість тіл зберігати прямолінійність руху. На візку у вертикальному поло­женні закріплюють пружину, до верхнього кінця якої пригвинчують болтик з гайками і двома клемами, як це показано на рисунку.

 

Підіб­рати пружину треба так, що вона повинна віднов­лювати своє вертикальне положен­ня і помітно не згинатися під вагою закріплених на ній клем.

Візок рухають рукою, досить різ­ко повертаючи. Пружина і клема, зберігаючи прямолінійність руху, нахиляються в бік, протилежний на­пряму повороту візка.

 

1.2.4. Демонстрування тертя спокою, тертя ковзання і тертя кочення.

Обладнання: візок; динамометр; добре вистругана дош­ка; набір важків; ящики-підставки.

Для демонстрування тертя спокою і тертя ковзання візок перевертають догори колесами і ставлять платформою на дошку, розміщену на ящику-підставці. Нитку, яка прив'язана до платформи, чіпляють до динамометра. Платформу візка навантажують важком і рівномірно тягнуть по дошці.

Звертають увагу на те, що в момент виходу віз­ка з стану спокою динамометр показує більшу силу, ніж при рів­номірному його русі. Пояснюють, що покази динамометра в мо­мент виходу візка з стану спокою вказують величину сили, яка зрівноважує силу тертя спокою, а покази при рівномірному русі – величину сили, яка зрівноважує силу тертя ковзання.

Для визначення сили тертя кочення візок перевертають  і навантажують тим самим важком, що і в попередньому досліді. Рівномірно переміщують візок, тягнучи за динамометр, як це показано на рисунку.

Щоб порівняти між собою значення сили тертя ковзання і сили тертя кочення варто провести експеримент при заклинених колесах візочка. Покази динамометра вказують, що сила тертя кочення менша сили тертя ковзання.

При цьому сила тертя кочення виявляється меншою від сили тертя ковзання.

 

1.2.5. Залежність сили тертя від сили нормального тиску і від роду тертьових поверхонь.

Обладнання: трибометр; динамометр; прямокутні смужки скла, жерсті,           алюмінію (10Х40 см); ящик-підставка; набір важків; гранульований свинець.

Для досліду використовується трибометр, який складається з дерев'яної лінійки, бруска з гачком і котка.      

На ящик-підставку ставлять лінійку трибометра, а на неї - брусок, який рівномірно переміщують за допомогою динамометра, попередньо збільшивши вагу бруска, розташовуючи на ньому гирю масою 200 грамів, як це показано на рисунку.

Відмічають значення сили тертя. Збільшуючи вагу бруска (силу нормального тиску) вдвоє, втроє тощо, і, щоразу відмічаючи силу тертя, впевнюються, що вона зростає прямо пропорційно вазі важ­ків, тобто силі нормального тиску.

Щоб з’ясувати, як залежить сила тертя від роду тертьових поверхонь, вагу бруска з важками залишають незмінною і переміщують його вздовж різних поверхонь. Спостерігають за показами динамометра, які свідчать, що сила тертя при цьому має різні значення.

 

1.2.6. Способи збільшення і зменшення сили тертя.

Обладнання: трибометр; динамометр; мильний розчин; жерстяна смужка; скляна смужка; набір важків.

Способом, описаним в досліді 1.2.4., визначають, як змінюється сила тертя ковзання бруска по сухій жерсті і по жерсті, змоченій мильним розчином (натертій милом). Такі ж досліди виконують зі скляною смужкою. Упевнюються, що силу тертя можна змінювати.

 

1.2.7. Дослідження залежності між прискоренням, силою і масою тіла.

а) Обладнання: універсальний штатив; два лабораторні штативи; два блоки на стержнях; набір важків з двома крючками; два комплекти різноважків; дві метрові демонстраційні лінійки; нитки.

В зв’язку зі складністю визначення прискорень простіше знаходити їх відношення, яке дорівнює відношенню шляхів, пройдених тілом за рівні проміжки часу, зі стану спокою при рівноприскореному русі. Пройдені шляхи визначають за формулами:

, , звідки слідує, що .

Звідси випливає можливість, діючи на тіла однакової маси протягом однакового часу різними силами, показати, що прой­дені ними шляхи (а отже, і набуті прискорення) прямо пропорціональні діючим силам і, що при дії на тіла різної маси однакових сил протягом однакового часу пройдені ними шляхи (а отже, і набуті прискорення) обернено пропорційні масам тіл.

Для демонстрування цієї залежності, використовують установку, що являє собою своєрідну подвійну машину Атвуда. Стержень універ­сального штатива видовжують, згвинчуючи його з двох половин. У муфті, установленій на стержні штатива на висоті 120 - 150 см, закріплюють горизонтально короткий металевий стержень, на якому в двох муфтах затискують стержні з блоками, як це видно на рисунку.

Для досліду треба підібрати блоки з малим тертям в осях і розміс­тити їх на віддалі 10 - 15 см один від одного. Через блоки переки­дають міцні нитки однакової довжини (приблизно по 100 см). До кінців однієї з ниток підвішують важки по 100 г кожний, а до кінців другої - по 110 г. До нижніх крючків підвішених середніх важків прив'язують нитку завдовжки близько 1м. Унизу стержня штатива закріплюють муфту.

Щоб продемонструвати залежність прискорень тіл однакової маси від діючих сил, до лівого важка масою 100 г чіпляють важок масою 40 г, а до правого важка масою 110 г - важок масою 20 г. При цих умовах загальна маса важків, підвішених на лі­вому і правому блоках, буде однакова, але на важки, підвішені на лівому блоці, діятиме сила 40 Н, а на важки, підвішені на пра­вому - 20Н.

Для демонстрування пальцями однієї руки беруть за нитку, що зв'язує середні важки, і опускають їх униз настільки, щоб крайні важки піднялися на однакову висоту - до верхніх то­чок метрових лінійок, закріплених вертикально поряд з край­німи важками в лапках лабораторних штативів, як показано на рисунку.

Вказівний палець другої руки вставляють у петлю, яку утво­рює нитка, що зв'язує середні важки, і спирають його на муфту, прикручену внизу до стержня штатива. Відпускають нитку. Обидві системи важків рухаються. Коли нитка, що зв'язує се­редні важки, дійде до пальця, її по можливості швидко при­тискують великим пальцем до вказівного, щоб рух обох систем важків закінчився одночасно і щоб не дати можливості всім важ­кам рухатись далі вже не під дією сил 40 Н і 20 Н, прикладених до розглядуваних пар важків, а під дією їх рівнодійної, прикла­деної до всіх чотирьох важків. Порівнюють віддалі, пройдені двома системами важків, які розглядаються як два тіла рівної маси, і впевнюються, що сила 40 Н перемістила систему важків на віддаль, приблизно вдвоє більшу, ніж сила 20 Н, як це показано на рисунку.

Дослід можна повторити, зупиняючи важки на інших віддалях або при іншому співвідношенні між діючими силами.

Залежності шляхів, а отже, і прискорень від мас при дії рів­них сил показують, підвішуючи до кінців лівої нитки важки по 100 г, а до кінців правої - важки по 210 г і беручи як рушійні сили вагу важків по 20 г, підвішених до нижніх крючків крайніх важків, як це показано на рисунку.

При цих умовах маса лівої системи важків становитиме 220 г, маса правої -  440 а, а рушійні сили будуть однакові.

Дослід демонструють так само, як попередній, і спостерігають, що система важків масою 440 г пройшла за той самий час під дією тієї самої сили (20 Н) вдвічі менший шлях, як показано на рисунку,

а отже, набула і вдвічі меншого прискорення. З досліду випливає, що однакові сили надають тілам прискорення, обернено пропорційні їх масам.       Об'єднують висновки з обох дослідів і записують формулу: , звідки дістають, що .

 

1.2.8. Демонстрування сил взаємодії  двох тіл.

 

а) Обладнання: пластилін.

Щоб показати, що тіло, падаючи на демонстраційний стіл, не тільки завдає удару столу, а й само зазнає його з боку стола, з пластиліну виготовляють кульку і пускають її з якомога біль­шої висоти. Кулька при ударі об стіл деформується, що й дово­дить сказане.

 

б) Обладнання: два однакові візки; гумовий шнур.

Візки зв'язують гумовим шнуром. Утримуючи один візок лівою рукою, правою віддаляють від нього другий, причому гумовий шнур натягується. Відпускають перший візок і спостері­гають його рух до другого. Повторюють дослід і відпускають другий візок, який рухається до першого.

З досліду роблять висновок про існування сил взаємодії між візками.

 

1.2.9. Експериментальне вивчення руху тіла, кинутого горизонтально.

Обладнання:  закріплений у кутку класної дошки жолоб; стальна кулька; олівець; крейда; демонстраційний циркуль; косинець; демонстраційна метрова лінійка.

Перед початком досліду у верхньому кутку класної дошки закріплюють жолоб, як показано на рисунку.

З верхньої точки жолоба кілька разів пускають кульку і знаходять на невеликій віддалі від жолоба якусь точку, через яку проходить кулька. Найпростіше це можна зробити так. Ставлять перпендикулярно до дошки олівець і переміщують його доти, поки кулька, яку щоразу пускають з однієї точки жолоба, удариться в нього. Коли таку точку А₁ знайдено, з кінця жолоба А₀ проводять вертикальну і горизонтальну прямі. На ці прямі з точки А₁ опускають перпендикуляри А₁В₁ і А₁С₁. Зауважують, що відрізок А₀В₁ визначає довжину шляху, пройденого кулькою за певний проміжок часу при вільному падінні (один із складових рухів), а відрізок А₀С₁ — довжину шляху, пройденого цією самою кулькою за той самий час у горизонталь­ному напрямі при рівномірному русі з інерції (другий складовий рух).

Застосовуючи закони рівноприскореного і рівномірного рухів, знаходять, що шляхи, пройдені кулькою по вертикалі за послідовно рівні проміжки часу, будуть відповідно в 3, 5, 7, ... раз більші за відрізок А₀В₁, а шляхи, пройдені за ці самі проміжки часу по горизонталі, дорівнюватимуть відрізку А₀С₁. Згідно з цими міркуваннями наносять точки В₂,В₃,В₄ ...; С₂,С₃,С₄.

Застосовуючи закон незалежності рухів і припускаючи, що рухи відбуваються послідовно один за одним, знаходять положення А₂,А₃,А₄, ... кульки через 2, 3, 4, ... розглядувані проміжки часу. Знайдені положення кульки перевіряють, ставлячи в ці точки олівець і пускаючи кульку з тієї самої точки жолоба. Кулька ударяється в олівець, поставлений у знайдені точки.

Сполучивши точки А₀,А₁,А₂,А₃,... плавною кривою лінією і ставлячи олівець у будь-які точки цієї кривої, упевнюються, що кулька, пущена з тієї самої точки жолоба, ударяється в олі­вець, що й доводить правильність побудови траєкторії.

 

1.2.10. Водяний струмінь як речовинна траєкторія руху тіла, кинутого горизонтально.

Обладнання: банка з тубусом біля дна, закритим пробкою з пропущеною крізь неї скляною трубочкою; вода; гумова трубка; скля­на трубочка з відтягнутим кінчиком; підйомний столик; великий криста­лізатор або деко-кювета.

Складають установку, зображену на рисунку і,

 

спрямувавши відтягнутий кінець трубочки горизонтально, дістають водяний струмінь, який являє собою речовинну траєкторію руху тіла, кину­того горизонтально (вітку параболи).

Піднімають і опускають трубочку і звертають увагу учнів на залежність дальності руху струменя від його початкової швид­кості в горизонтальному напрямі.

 

1.2.11. Водяний струмінь як речовинна траєкторія руху тіла, кинутого під кутом до горизонту.

Обладнання: банка з тубусом біля дна, закритим пробкою з пропущеною крізь неї скляною трубочкою; вода; гумова трубка; скля­на трубочка з відтягнутим кінчиком; підйомний столик; великий криста­лізатор або деко-кювета.

 Для досліду використовують установку попереднього досліду, але струмінь спрямовують під кутом до горизонту.

Змінюючи кут, під яким спрямовують струмінь, дістають при незмінній початковій його швидкості різну дальність його руху.

Слід показати, що найдалі струмінь витікатиме тоді, коли його спрямувати під кутом 45° до горизонту. Доцільно також показати, що для кутів 30° і 60° дальність руху струмка буде однакова. Останні досліди утруднюються тим, що в кінці струмінь розби­вається на краплини. Слід пам’ятати, що рівень води в банці необхідно підтримувати однаковим.

 

1.2.12. Доцентрова сила - рівнодійна сили пружності і ваги тіла.

 Обладнання: металева гай­ка; гумовий шнур; маленьке відерце; вода; міцна шворка.

Гайку насаджують на гумовий шнур, після чого шнур складають удвоє. Кінці шнура з гайкою беруть в руку і обертають його у вертикальній площині.

при цьому звертають увагу на розтягування шнура. Пояснюють, що доцентрова сила є рівнодійною сили пружності розтяг­нутого шнура і ваги гайки. У верх­ньому положенні гайки доцентрова сила дорівнює сумі цих сил,а в ниж­ньому — їх різниці, через що шнур розтягується у верхньому положенні значно менше, ніж у ниж­ньому, що добре помітно.

Алогічний дослід можна показати, обертаючи у вертикаль­ній площині прив'язане до міцної шворки відерце на 2/3 наповнене водою.

При обертанні у вертикальній площині вага води стає скла­довою відцентрової сили, через що при достатній кутовій швид­кості вода з відерця не виливається.

1.3. РОБОТА І ЕНЕРГІЯ. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ.

1.3.1. Залежність зміни швидкості руху тіла від величини сили,  що діє на тіло, часу її дії і маси тіла.

а) Обладнання: універсальний штатив; гирі з двома крючками; міцні нитки; деко-кювета з піском.

На універсальному штативі за допомогою муфт укріплюють стержень з насадженим на ньому кільцем з крючком. До крючка на міцній нитці підвішують гирю в 1 кг. До нижнього крючка цієї гирі прив'язують нитку.

Під гирю підставляють деко з піском. Швидко сіпають за нижню нитку і спостерігають, що ця нитка рветься. Якщо ж за нижню нитку тягнути повіль­но, то рветься верхня нитка.

Якщо час дії сили короткий, а маса гирі значна, то зміна швидкості гирі близька до нуля, і розривається нижня нитка. Якщо ж збільшити час дії си­ли, повільно тягнучи за нитку, то зміна швидкості стає більшою, гиря виходить із стану спо­кою, тому розривається верхня нитка.

Якщо гирю в 1 кг замінити гирею в 20—50 г, то навіть при короткочасній дії сили рветься верхня нитка.

б) Обладнання: універсальний штатив (або два лабораторні); два паперові кільця; дерев'яні рейки (6 - 8х6 – 8 мм).

У муфтах двох штативів закріплю­ють на однаковій ви­соті металеві стерж­ні, на які надівають паперові кільця. У кільця   вставляють кінці дерев'яної рей­ки перерізом 6 – 8 х 6 – 8 мм, як це показано на рисунку.

Якщо швидко удари­ти металевим масив­ним стержнем, то дерев’яний  стержень ламається, а кільця залишаються  цілими.

При короткочасній дії сили зміна швидкості стержня близька до нуля; при ударі він залишається на місці і ламається.

При повільному натисканні на стержень він виходить із стану спокою, а паперові кільця розриваються.

 

 

1.3.2. Дослідне визначення потужності, розвинутої при підніманні тіла.

Обладнання: демонстраційна метрова масштабна лінійка; штатив; гирі (1, 2, 3 кг); метроном або секун­домір демонстраційний.

Повільно піднімають гирю масою 1 – 3 кг на висоту 1,5 - 2 м і  визначають час піднімання метрономом або секундоміром. Ви­соту піднімання вимірюють за допомогою двох демонстраційних масштабних лінійок, установлених одна над одною і закріплених у лапках штатива, як це показано на рисунку.

 За знайденими даними обчислюють потужність, розвинуту при підніманні.

 

1.3.3. Потенціальна енергія тіла, піднятого над землею.

Обладнання: штатив; візок; два блоки на стержнях; шнур; гиря 2 кГ; набір важків з двома крючками.

Для демонстрування досліду використовують установку, зображену на рисунку.

 

У муфтах штатива закріплюють 2 блоки. Через них перекидають шнур, один з кінців якого прив'язують до візка, поставленого на демонстраційний стіл. На другому кінці шнура біля верхнього блока роблять петлю.

На візок ставлять гирю 2 кг і, утримуючи візок рукою, підвішують до петлі шнура важки з набору. Звертають увагу учнів на те, що підвішені важки мають по­тенціальну енергію, яка залежить від їх по­ложення відносно землі. Відпускають візок і спостерігають його переміщення, зумовле­не опусканням підвішеноих до шнура важків. На переміщення візка і гирі треба затратити роботу, яку виконують важки, що спускаються. Отже, підняте над землею тіло здатне виконати роботу, тобто має запас потенціальної енергії.

 

1.3.4. Потенціальна енергія розтягнутої або стиснутої пружини.

Обладнання: спіральна пружина; набір важків з двома крючками; штатив; візок з прикріпленою до нього пружиною; гиря; ящик-підставка.

На штативі закріплюють пружину, до якої підвішують 2 важки. Беруть нижній важок рукою і розтягують пружину, як це показано на рисунку.

Пояснюють, що деформована пру­жина має потенціальну енергію. Це підтверджують, відпускаючи важок. Пружина скорочується і піднімає важки вгору, виконуючи роботу за рахунок своєї потен­ціальної енергії.

Потенціальну енергію стисну­тої пружини демонструють так.  На ящик-підставку ставлять гирю і наближають до неї візок з пружиною, стискуючи при цьому пружину, яка повинна впиратись у гирю, як це показано на рисунку.

 Швидко відпускають візок і спостерігають його переміщення. Візок можна прив'язати до гирі ниткою,стиснувши пру­жину. Перепаливши нитку, спостерігають рух візка.

 

1.3.5. Кінетична енергія рухомого тіла.

Обладнання: жолоб; металева кулька; калориметричне тіло; дерев'яний брусок; штатив.

Для демонстрування досліду використовують установку, зображену на рисунку.

Жолоб закріплюють похило за допомогою штатива. Приблизно на віддалі 1/3 довжини жолоба від його нижнього кінця ставлять алюмінієвий циліндр (калориметрич­не тіло). Кладуть кульку на верхній кінець жолоба і відпускають її. Вона скочується і, досягнувши тіла, переміщує його, тобто виконує роботу.

 

1.3.6. Залежність кінетичної енергії від маси тіла і швидкості його руху.

 

Обладнання: жолоб; штатив; ящик-підставка; дві сталь­ні кульки різної маси; алюмінієве калориметричне тіло; крейда.

За допомогою штатива і ящика-підставки жолоб установлюють похило, як показано на рисунку.

Біля нижнього кінця жолоба ставлять алюмінієвий циліндр (калориметричне тіло). На стінці жолоба крейдою позначають положення його верхньої стінки. З попереднього досліду відомо, що кулька, яка рухається по жолобу, має кінетичну енргію.

Ударяючись об стінку покладеного на жолоб циліндра, кулька переміщує його, виконуючи при цьому певну роботу, яка є мірою кінетичної енергії кульки. Оскільки про величину виконаної роботи можна судити з довжини переміщення циліндра, то остання дає можливість порів­нювати величину кінетичної енергії в різних випадках.

Щоб показати залежність кінетичної енергії від маси рухо­мого тіла, з верхнього кінця жолоба пускають спочатку кульку меншої маси і після удару позначають крейдою кінцеве поло­ження верхньої стінки циліндра. Циліндр переставляють в його початкове положення і з тієї самої точки жолоба пускають кульку більшої маси, яка переміщує циліндр на більшу віддаль. Оскільки кульки, скочуючись з однакової висоти, набули однакової швидкості, то збільшення кінетичної енергії в другому досліді зу­мовлене більшою масою другої кульки. Роблять висновок, що кінетична енергія рухомого тіла зростає із збільшенням його маси.

Для демонстрування залежності кінетичної енергії від швид­кості рухомого тіла кульку пускають з різних точок жолоба і, позначаючи в кожному випадку довжину переміщення циліндра, роблять висновок про зростання кінетичної енергії із збільшен­ням швидкості руху кульки в момент удару. Зауважують, що точ­нішими дослідами встановлено прямо пропорціональну залежність кінетичної енергії рухомого тіла від квадрата швидкості його руху. Ці досліди дають можливість якісно під­твердити залежність між кінетичною енергією рухомого тіла, його масою і швидкістю руху.

 

1.3.7. Демонстрування маятника Максвелла.

Обладнання: маятник Максвелла.

Яскравою ілюстрацією перетворення одного виду енергії в інший є маятник Максвелла, який зображений на рисунку.

Він являє собою металевий диск на осі, яка біля кінців має отвори. Крізь отвори продіто міцні шворки, прив’язані до крючків штатива.

Для демонстрування вісь обертають; при цьому шворки на­кручуються на неї, і диск піднімається вгору. Обережно, без поштовху, відпускають диск, який, обертаючись, падає; при цьому потенціальна енергія перетворюється в кінетичну. У ниж­ньому положенні диск не зупиняється, продовжує обертатися, внаслідок чого нитка намотується на вісь, і диск піднімається вгору: кінетична енергія перетворюєть­ся в потенціальну. Досягнувши найвищого положен­ня, диск знову падає, потім знову піднімається і т. д. Пояснюють, що при повній відсутності опору цей процес тривав би необмежено довго оскільки були б відсутні втрати енергії на подолання сил тертя.

 

1.4. Гідростатика.

1.4.1. Передавання тиску рідиною.

Обладнання: куля Паскаля; склянка з водою; велика кювета.

Для демонстрування передавання тиску рідиною використовують прилад, який називається кулею Паскаля, зображений на рисунку.

Вона складається з скляного циліндра з металевими оправами на обох кінцях і поршнем усередині. Обидві оправи мають гвинтову різьбу. На одну з оправ нагвинчено порожнисту металеву (нікельовану) кулю з дуже малими отворами, розміщеними в одній площині, яка проходить через центр кулі, а на другу - металеву  муфту, що має отвір, крізь який проходить стержень поршня.

Для демонстрування вигвинчують муфту і, витягнувши поршень, наповнюють  кулю і трубку водою. У труб­ку вставляють поршень, нагвинтчують і муфту, натискають на поршень. При цьому спостерігається витікання струменів води з усіх отворів, як показано на рисунку.

Під час досліду трубку тримають над кюветою так, щоб пло­щина, яка проходить крізь отвори кулі, була паралельна площині класної дошки. Щоб краще було видно, можна застосувати бічне підсвічування за допомогою ліхтарика для тіньової проекції, а воду зафарбувати флюоресцеїном.

 

1.4.2. Залежність тиску рідини на дно посудини від висоти стовпа рідини.

Обладнання: лампове скло з гумовим дном; два штативи; шкільні лаборатолрні терези; дротина завдовжки 25 см, діаметром 2 мм; демонстраційна масштабна лінійка; підфарбована вода.

Для демонстрування залежності тиску рідини на дно посудини від висоти стовпа рідини використовують установку, зображену на рисунку.

Поступово доли­ваючи підфарбовану во­ду в лампове скло, звер­тають увагу на збіль­шення опуклості гумового дна в міру зростання ви­соти стовпа рідини.

Для покращення демонстративності і наочного з’ясування принципу дії приладу Пас­каля, описаного нижче, збирають установку, зображену на рисунку.

З коромисла шкільних лабораторних терезів зні­мають шальки і до одного з плечей прив'язують дро­тину-покажчик завдовжки 20 -  25 см. Коромисло те­резів закріплюють на шта­тиві з таким розрахун­ком, щоб його вісь обер­тання була на однаковій висоті з дном лампового скла, установленого за до­помогою кільця і поворот­ного затискача на друго­му штативі; при цьому плече коромисла, яке не має дротини-покаж­чика, повинне доторкатись до дна лампового скла. Біля кінця дротини-покажчика встановлюють за допомогою штатива масштабну лінійку у верти­кальному положенні.

Для демонстрування в скло поступово наливають підфарбовану воду і спостерігають поступове піднімання дротини-докажчика при зростанні висоти стовпа рідини, як показано на рисунку.

1.4.3. Демонстрування тиску рідини на стінки посудини.

 

Обладнання: скляна банка з тубусом біля дна; гумова пробка для закривання тубуса; коркове свердло; лійка; гумова плів­ка; тонка мотузочка; вода.

 

Для демонстрування досліду в отвір скляної банки біля дна за допомогою гумової пробки вставляють скляну лійку, широка частина якої затягнута дуже тонкою гумовою плівкою, як показано на рисунку.

 

Наливають у банку воду і спостерігають, що  при цьому гумова плівка, якою затягнуто лійку, розтягується, що й доводить існу­вання тиску на стінки по­судини. Якщо при напов­ненні банки вода не вхо­дить у лійку, банку час від часу треба злегка на­хиляти в бік лійки, щоб дати можливість повітрю вийти з лійки.

1.4.4. Демонстрування залежності тиску рідини на стінки посудини від висоти стовпа рідини.

Обладнання: циліндрична посудина висотою 50 см великого діаметра з отворами в бічній стінці; вода; підставка; великий кристалізатор.

Посудину з рівномірно розміщеними отворами ставлять на підставку і підставляють деко-кювету або кристалізатор. Наливають у посудину воду і спостерігають довжину витікаючих струменів, як показано на рисунку.

 Роблять висновок про збільшення тиску рідини із збільшенням висоти стовпа рідини.

 

1.4.5. Демонстрування закону сполучених посудин.

Обладнання: дві скляні лійки різної форми; циліндрична посудина від приладу Паскаля (або лампове скло), закрита з одного боку гумовою пробкою з пропущеною крізь неї скляною трубочкою; універсальний штатив; підфарбована вода.

Гумовою трубкою з'єднують лійки різної форми, або одну з лійок з скляною трубкою, вставленою в пробку, якою закрито дно приладу Паскаля, як це показано на рисунку.

Скло і одну з лійок закріплюють у лапках шта­тива. Наливають в одну з лійок підфарбо­вану воду і спостерігають, що вода в другій посудині установлюється на одному горизонталь­ному рівні. Повільно піднімають і опускають лійку, яку тримають у руці, і впевнюються, що в будь-якому випадку однорідна рідина (вода) в обох посудинах установлюється на одному горизонтальному рівні.

 

1.4.6. Дослідна перевірка закону Архімеда.

Обладнання: штатив; відерце Архімеда; висока скляна банка з водою; хімічний стакан.

Для експерименталь­ної перевірки закону Архімеда використовують прилад, який називається відерцем Архімеда і зображений на рисунку а.

Він складається з пружинного динамометра, шкала якого не градуйована, але має пересувний покажчик у вигляді стрілки, що закріплюється в потрібному місці шкали. Пружина динамометра прикріплена верхнім кінцем до обойми, крізь отвір у зігнутому нижньому кінці якої проходить стержень з диском-покажчиком. Стержень верхнім кінцем підві­шений до пружини, а на нижньому — має крючок. До крючка можна підвісити металеве відерце, що має впаяний у дно крючок, призначений для підвішування важка, об'єм якого дорівнює місткості відерця.

Динамометр з підвішеним до нього відерцем і важком закріп­люють у лапці штатива і відмічають стрілкою-покажчиком поло­ження диска, як показано на рисунку а, прикріпленого до стержня динамометра. Занурюють важок у воду і спостерігають скорочення пружини, зумовлене дією виштовхувальної сили на важок, як показано на рисунку б.

Наливають у відерце воду і спостерігають поступове збіль­шення довжини пружини. Коли відерце вщерть наповниться во­дою, диск зупиняється проти стрілки; отже, виштовхувальна сила зрівноважується вагою налитої у відерце води, об'єм якої дорівнює об'єму важка, як показано на рисунку в.

Для доведення цього зні­мають важок та відерце і, виливши з відерця воду, кладуть у нього важок.

 

 

2. МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА.

2.1. Основи молекулярно-кінетичної теорії.

2.1.1. Поширення запаху від пахучих речовин

Обладнання: флакон з одеколоном або духами; клаптик фільтрувального паперу або невеличка хустинка.

Оскільки найпростішим виявом руху молекул є поширення запаху па­хучих речовин, то для демонстрації цього на клаптик фільтру­вального паперу (або невеличку хустинку) наливають невелику кількість одеколону або духів і розмахують ним.

2.1.2. Дифузія в рідинах.

Обладнання: скляна банка; неве­личка склянка; насичений розчин мідного купоросу; дисти­льована вода; штатив; лійка.

 

Невеличку склянку по вінця на­повнюють насиченим розчином мід­ного купоросу, який розчинюють тільки в дистильованій воді з метою утворення чіткої межі між розчином і водою. Робиться це так: в 100 г води при 18°С розчиня­ється 23 г мідного купоросу.

Склянку з розчином мідного ку­поросу обережно ставлять всередину скля­ної склянки, що стоїть на підставці штатива. У проміжок між склянкою і стінкою банки через лійку наливають во­ду. Рівень води має бути на 5-10 мм вищим від рівня розчину в склянці. При цьому утворюється чітка межа між поверхнею розчину в склянці і водою в банці. Дифузія в розчині відбува­ється дуже повільно і помітити її протягом одного заняття неможливо. Тому банку ставлять у певному місці і спостерігають за процесом дифузії на на­ступних заняттях (протягом 7-10 діб вода в банці забарвлюється повністю).

 

 

2.2. Взаємодія молекул.

2.2.1. Прилипання скляної пластинки до води.

а) Обладнання: штатив універсальний; чутлива пружина або гумова нитка; скляна пластинка з гачком; кристалізатор (d =15 см) з водою.

Прилад для демонстрування досліду зображено на рисунку.

Він складається з круглої скляної пластинки з гачком, яку підвішують на чутливій пружині або гумовій нитці і закріплюють на штативі.

Знизу до пластинки підносять криста­лізатор з водою, слідкуючи за тим, щоб поверхня води була паралельна пластинці. Змочивши нижню поверхню пластинки водою, кристалізатор по­вільно опускають. При цьому пружина (гумова нитка) значно розтягується, що свідчить про наявність молекуляр­ного зчеплення між молекулами води і скла.

 

б) Обладнання: скляний стакан з плоским дном, скляна пластинка, вода.

Скляну пластинку довільної форми, розміри якої більші від дна стакана, кладуть на стіл. На неї ставлять скля­ний стакан з плоским дном і легенько притискують його до плас­тинки. Піднімають стакан і показують, що пластинка не прили­пає до дна стакана, а залишається на столі.

Змочують пластинку або дно стакана водою. Знову ставлять стакан на пластинку і, легенько притиснувши його до пластин­ки, піднімають. Пластинка, яка утримується силами молекуляр­ної взаємодії, піднімається разом із стаканом.

 

2.3. Газові закони.

2.3.1. Закон Бойля-Маріотта.

Обладнання: скляна колба, гумова пробка з пропущеним крізь неї відрізком скляної трубки, водяний манометр, гумова трубка, тринога від універсального штатива з коротким стояком і лапкою, спиртівка, сірники, ефір або ацетон.

Дослід дає змогу продемон­струвати зміну (збільшення й зменшення) внутрішньої енер­гії повітря способом теплопередачі.

Колбу (об'ємом 0,5л) за­кривають гумовою пробкою, крізь яку пропущено відрізок скляної трубки. На цей відрі­зок надівають гумову трубку, другий кінець якої з'єднують з коліном рідинного манометра.

Внаслідок незначного нагрівання колби спостерігають зни­ження рівня рідини в коліні манометра, з'єднаному з колбою, що свідчить про зростання внутрішньої енергії повітря в колбі. Після того, як колба остигне, на її поверхню капають кілька кра­пель ефіру або ацетону і спостерігають піднімання рівня ріди­ни (в тому самому коліні манометра, в якому він знижувався) внаслідок зменшення внутрішньої енергії повітря, за рахунок якої зростає енергія ефіру, що випаровується. Можна охолоджу­вати колбу покладеною на неї ганчіркою, яка змочена холодною водою.

 

2.3.2. Демонстрування адіабатного процесу.

а) Обладнання: скляний бутель місткістю І...1,5 л, гумова пробка для бутля з пропущеною крізь неї широкою скляною трубкою, відрізок гумової трубки (25... ЗО см).

Скляний бутель сполоскують водою й дають решткам води стекти. Горловину його щільно закривають гумовою пробкою, а на кінець трубки, яка проходить через пробку, надівають від­різок широкого гумового шланга. Шланг і скляна трубка, на яку він натягнутий, повинні бути широкими (10...12 мм), бо по­вітря з бутля повинне виходити дуже швидко. За кілька хвилин перед виконанням досліду в бутель пускають трохи цигаркового диму.

У бутель, встановлений на демонстраційному столі, ротом або насосом Шінця надувають повітря, щоб тиск у ньому був трохи більший, ніж атмосферний. Пальцями щільно затискують шланг. Знявши шланг з ніпеля насоса (якщо користувались на­сосом), відпускають пальці й спостерігають утворення всередині бутля густого туману. Утворення туману свідчить про охоло­дження повітря всередині бутля, яке, різко розширюючись, ви­конує роботу проти тиску зовнішнього повітря. Щоб перекона­тись у тому, що повітря всередині бутля охолоджується саме вна­слідок швидкого розширення, а отже, теплообмін з навколишнім середовищем практично не встигає відбутись, повторюють до­слід, затиснувши шланг гвинтовим затискачем. Якщо тепер, на­качавши повітря в бутель, відкрити затискач, щоб повітря дуже повільно виходило з бутля (теплообмін відбувається), то туман не утворюється. Знову повторюють першу спробу й перекону­ються, що туман утворюється.

З досліду роблять висновок про те, що при адіабатному розширенні газ охолоджується. Видимість досліду стає значно кращою, якщо використати темний екран й підсвічувати бутель знизу або збоку від учнів.

б) Обладнання: двогорлий скляний товстостінний бутель, дві гумові пробки (крізь одну з них пропущено відрізок скляної трубки), відрізок тов­стостінного гумового шланга, насос Шінця або Комовського, освітлювач, тем­ний екран.

Бутель зволожують і задимлюють, як описано в попередньому досліді. Пробкою туго закривають горловину бутля. Верхня частина цієї пробки повинна виходити з бутля на стільки, щоб її можна було ухопити пальцями й швидко витягнути. Шланг від бутля одягають на нагнітальний штуцер насоса Шінця або Комовського (штуцер треба злегка змазати вазеліном). Підготувавши установку, починають виконувати сам дослід, який поділяється на дві фази. Спочатку, увімкнувши освітлювач, накачують по­вітря в бутель. Кількість ходів насоса, потрібну для досягнення ефекту — утворення туману під час витягування глухої пробки з горловини бутля, треба підібрати. Не слід захоплюватись створенням надмірного тиску всередині бутля, пам'ятаючи, що він скляний і може розірватись. Після того як у бутлі створено потрібний тиск, глуху пробку швидко виймають і спостерігають утворення туману, що є наслідком охолодження повітря всередині бутля. Дають потрібні пояснення і починають виконувати другу фазу досліду.

Друга фаза починається з повторення першої. Як тільки в бутлі утвориться туман, швидко закривають його горловину глу­хою пробкою, і, переставивши шланг на розріджувальний штуцер насоса, відкачують повітря з бутля. Кількість ходів насоса знову треба підібрати. Відкачавши повітря, швидко виймають

глуху пробку і спостерігають майже миттєве зникнення туману в бутлі. Пояснюється це явище так. При відкриванні бутля зов­нішнє повітря, тиск якого вищий, ніж у бутлі, швидко стискає внутрішнє повітря, внаслідок чого воно нагрівається і краплі води (туман) випаровуються.

Оскільки розширення повітря всередині бутля (перша фаза досліду) і його стискання (друга фаза досліду) відбувались без теплообміну з навколишнім середовищем (адіабатичне), роблять загальний висновок: при адіабатичному розширенні газ охоло­джується, його внутрішня енергія зменшується внаслідок вико­нання газом роботи; при адіабатичному стисканні газ нагріва­ється внаслідок виконання над ним роботи, що зумовлює зро­стання його внутрішньої енергії.

Дослід проходить ефективніше, якщо в першій фазі досліду, глуху пробку не виймати з горловини бутля рукою, а створити всередині нього такий тиск повітря, щоб пробка сама вилетіла з бутля. Учням зрозуміліше те, що частина внутрішньої енергії повітря в бутлі тратиться на виконання роботи по виштовхуванню проб­ки, тобто на надання їй механічної енергії.

Зміну температури повітря при його адіабатичному розши­ренні й стисканні в цьому досліді можна виміряти за допомогою термопари й чутливого (найкраще проекційного) гальванометра. Якщо такого гальванометра немає, можна використати звичай­ний демонстраційний прилад з електронним підсилювачем, бо йдеться про вимірювання температури, що становить кілька гра­дусів. Термопару треба виготовляти з тонких (0,2...0,4 мм) дро­тин і обов'язково добре зварити. Проводи термопари пропус­кають через пробку, крізь яку проходить шланг до насоса.

У колбу наливають підфарбованої води стільки, щоб шар її мав глибину З...4 см, і закривають пробкою, крізь яку пропуще­но довгу скляну трубку. Ця трубка одним кінцем доходить май­же до дна. На другий кінець її натягують відрізок гумової труб­ки, з'єднаної з відтягнутою скляною трубкою, і встановлюють затискач (рис.).

Відкривають затискач і переконуються, що вода по трубці вгору не піднімається. Вийнявши пробку, кидають всередину колби клаптик фільтрувального паперу або тампон вати, добре змочений ефіром, і закривають колбу. Якщо тепер відкрити за­тискач, то вода швидко підніматиметься по трубці й з відтягну­того її кінця битиме фонтаном. При підігріванні колби рукою спостерігають збільшення висоти фонтанування води.

З досліду роблять висновок про існування тиску пари й за­лежність її тиску від температури.

 

б) Обладнання: 2-3 міцних прозорих пляшки, демонстраційний ма­нометр або мановакуумметр, гумова пробка з пропущеним крізь неї відрізком скляної трубки, 2—3 малих пробірки з пробками, гумовий шланг, ефір, аце­тон, бензин, нитки.

Малі пробірки заповнюють деякою кількістю ефіру, ацетону, бензину і щільно закривають пробками, під які підкладено від­різки ниток завдовжки 30-40 см. Тримаючи за вільний кінець нитки, кожну пробірку опускають на дно пляшки. Одну з пля­шок (наприклад, з ефіром) щільно закривають пробкою і з'єд­нують із штуцером демонстраційного манометра або мановакуумметра (останній більш чутливий). Кран манометра, не з'єд­наний з пляшкою, повинен бути закритим.

Енергійно струшують пляшку, щоб пробірка розбилась і відмічають покази манометра. Потім пробку переставляють на другу і третю пляшки і повторюють те саме, кожного разу вимі­рюючи тиск пари.

З досліду роблять висновок про існування тиску пари й про те, що тиск пари різних рідин неоднаковий.

Дослід можна виконати трохи інакше. Перед розбиванням пробірки з рідиною, яка випаровуватиметься, з пляшки насосом Комовського (бажано з електродвигуном) відкачують повітря. Для цього через пробку, яка закриває пляшку, треба пропустити ще один відрізок скляної трубки, з'єднаний з розріджувальним штуцером насоса вакуумним шлангом. Спочатку пляшку при від­критому крані манометра відкачують доти, доки стрілка мано­метра не зупиниться біля поділки 0 (перед дослідом її треба встановити на поділці 1). Потім розбивають пробірку й відмі­чають тиск пари.

У малі пробірки треба наливати стільки рідини, щоб при випаровуванні її всередині пляшки ще залишалась рідина, що не випарувалась. Отже, манометр показуватиме тиск насиченої па­ри даної рідини при температурі повітря.

Пляшки по черзі занурюють у нагріту й холодну воду, пере­конуючись, що тиск насиченої пари залежить від температури. Температура води, в якій нагрівають пляшки, не повинна бути високою (до +50°С), враховуючи те, що може розірватися пляшка, в якій міститься пара ефіру, бо тиск її при нагріванні може перевищити атмосферний.

в) Обладнання: дві скляні трубки діа­метром 5...8 мм і завдовжки 50...75 см, гумова трубка (завдовжки 30...40 см), дві короткі гумові трубки, два пружних затискачі, штатив з довгим стояком, дві лапки для колб, лапка штатива, муф­та, лінійка, бензин, ефір, ацетон, піпетка.

Дослід дає змогу продемонструвати тиск насиченої пари і порівняти тиск на­сиченої пари двох різних рідин за одна­кових умов.

З двох скляних і довгої гумової тру­бок складають установку, зображену на мал. Короткі гумові трубки натягують на вільні кінці скляних трубок і встанов­люють пружні затискачі. Утворені сполу­чені посудини заповнюють підфарбова­ною водою так, щоб можлива максималь­на різниця рівнів води у колінах була не меншою як 60...70 см. Початковий рівень води в трубках відмічають лінійкою АБ. Відпустивши затискачі, в одну з трубок за допомогою піпетки вводять деяку кількість ефіру, бензину або ацетону. Кількість введеної рідини повинна бути такою, щоб після утворення її насиченої пари в трубці ще залишився шар рідини висотою кілька міліметрів. Коли насичена пара рідини витіснить повітря з трубки, встановлюють затискач на цьому коліні й спостерігають зниження рівня води в ньому. Якщо це коліно трохи нагріти рукою, рівень рідини в ньому ще більше опуститься. Вимірявши різницю рівнів води в сполучених посу­динах для даної рідини при кімнатній температурі, відпускають затискач і виконують те саме, заповнюючи іншою рідиною дру­ге коліно.

Порівнюючи виміряні різниці рівнів води у першій і другій спробі, приходять до висновку, що тиск насиченої пари різних рідин за однакових умов має різне значення.

Замість затискачів на колінах сполучених посудин можна використовувати гумові пробки, якими щільно закривають отво­ри трубок. Можна скласти сполучені посудини з 3—4 трубок. Одну з них весь час залишають відкритою, а в інші наливають різні досліджувані рідини. Тоді одразу видно, насичена пара якої рідини має більший або менший тиск.

 

2.4. ТИСК РІДИН І ГАЗІВ.

2.4.1. Властивості насиченої і ненасиченої пари.

Обладнання: пробірка, гумова пробка для пробірки, крізь яку про­пущено скляну трубку, сильфон, мановакуумметр або демонстраційний мано­метр, скляний трійник, товстостінні гумові трубки різної довжини, насос Комовського (краще з електричним приводом), дві посудини з гарячою і холод­ною водою для занурення сильфона, ефір або бензин, штатив з довгим стоя­ком, дві лапки, дві муфти.

За допомогою досліду можна ознайомити учнів з властивостями насиченої і ненасиченої пари, але для цього потрібно 2—3 уроки. Тому, змонтувавши установку, її не розбирають, а лише перед кожним уроком перевіряють герметичність.

Складають установку за мал. На ньому не зображено насос і посудини для нагрівання сильфона. Усі з'єднання роблять за допомогою товстостінних гумових шлангів, крани вакуумметра змащують тонким шаром технічного вазеліну або солідо­лом. Для перевірки герметичності відкривають крани (/, 2, 3) і з установки старанно відкачують повітря. Потім, закривши кран 2, чекають 5—7 хв, щоб з'ясувати, чи немає натікання, бо тільки за цієї умови установка придатна для виконання дослідів.

1. Незалежність тиску насиченої пари від її об'єму. У про­бірку до половини її висоти наливають ефіру і закривають проб­кою. Сильфон розтягують до 7-ї або 8-ї поділки (відлічуючи їх знизу). Закривають кран 3 і, відкривши крани 1 і 2, відкачують з установки повітря. Закривають кран 2 і відпускають затис­кач 3. Через деякий час, коли насичена пара ефіру заповнить весь евакуйований простір, дуже повільно обертають рукоятку сильфона, розтягуючи або стискаючи його. При цьому збільшу­ють або зменшують об'єм насиченої пари й відмічають, що покази

манометра не змінюються. Це свідчить про незалежність тиску насиченої пари від її об'єму.

2. Залежність тиску насиченої пари від температури. Запов­нений насиченою парою сильфон з відкритим затискачем 3 вмі­щують у посудину з холодною водою. Пара конденсується і ма­нометр показує зменшення тиску. Вміщують сильфон у посудину з нагрітою водою (30...35°С) і відмічають підвищення тиску та невелике зниження рівня рідкого ефіру в пробірці.

3. Перехід насиченої пари в ненасичену при підвищенні тем­ператури. Насичують простір сильфона парою ефіру. Закривають затискач і відмічають покази манометра (кран 2 повинен бути закритим). Занурюють сильфон у гарячу воду (50...55°С). Пока­зи манометра збільшуються. Повільно зменшують об'єм сильфо­на — манометр показує збільшення тиску, що означає перехід •насиченої пари в ненасичену при підвищенні температури. За­нурюють сильфон у холодну воду або охолодну суміш. Через де­який час розтягують сильфон і помічають, що тиск пари зали­шається сталим. Це означає, що внаслідок охолодження ненасичена пара перейшла в насичену.

4.. Залежність тиску насиченої пари при сталій температурі від виду рідини. Визначивши тиск насиченої пари ефіру (або якоїсь іншої рідини) так, як описано в спробі 1, пробірку з цією рідиною знімають і замінюють її такою самою пробіркою, але з іншою рідиною. Закривають затискач 3 і відкривать кран 2.

Старанно відкачують з установки повітря і пару попередньої рідини. Закривають кран 2 і відкривають затискач 3. Через де­який час манометр, потрібний для заповнення системи парою покаже тиск насиченої пари нової рідини. Порівнявши тиски, можна зробити висновок, що тиски насиченої пари різних рідин якщо температури їх однакові, мають різне значення.

Кожного разу, перед виконанням нової спроби, слід старанно відкачувати установку й стежити за її герметичністю.

 

2.5. Вологість повітря.

2.5.1. Виявлення водяної пари в повітрі

а) Обладнання: хімічний стакан, вода, лід або сніг, освітлювач.

Вимитий і сухий хімічний стакан встановлюють на демон­страційному столі і до половини наливають в нього холодної води. Стакан підсвічують з боку учнів, спрямовуючи світло знизу. Відмічають, що через деякий час стінки стакана затуманюються, а потім покриваються краплинами вологи — води. Ко­рисно поруч із стаканом, заповненим холодною водою, постави­ти такий самий стакан з водою при кімнатній температурі. Для прискорення досліду у воду кидають кусочки льоду або наси­пають снігу. Якщо їх немає, можна всипати порошок нашати­рю, внаслідок чого знижується температура розчину. Учням це треба пояснити. На 100 мл води беруть три чайних ложки на­шатирю.

Дослід підтверджує, що в повітрі практично завжди є певна кількість водяної пари, яка й зумовлює вологість повітря.

 

б) Обладнання: дві нікельовані порожнисті кулі від комплекту елек­трометрів Брауна, підставки для куль, вода, лід, сніг, освітлювач.

Дві великі порожнисті кулі, які входять до комплекту елек­трометрів Брауна, встановлюють на підставках або затискують у лапках штатива. В одну з куль кидають кусочки льоду або кла­дуть сніг (якщо льоду немає, в кулю наливають воду). Кулі підсвічують спеціальним освітлювачем або звичайною електрич­ною лампою з непрозорим рефлектором. Учні помічають, що ку­ля, в якій міститься лід, швидко покривається краплинками води, а поверхня порожньої кулі залишається блискучою. Пояс­нюють, що волога, яка осіла на поверхні холодної кулі, — це сконденсована водяна пара.

2.5.2. Визначення точки роси

Обладнання: демонстраційний капілярний термометр, гумова груша від пульверизатора, скляна трубка, хімічний стакан на 100 мл, спирт, освіт­лювач, штатив з довгим стояком, дві лапки, дві муфти*

У стакан вміщують балон демонстраційного капілярного тер­мометра, з якого знято захисну решітку, і наливають спирту стільки, щоб балон був занурений у нього на 1\4 свого об'єму. Кінець скляної трубки, з'єднаної з гумовою трубкою груші від пульверизатора, опускають у стакан (мал.). Вмикають освіт­лювач і, натискуючи на грушу, продувають повітря через спирт, що прискорює випаровування спирту і зниження температури зовнішньої поверхні стакана. Внаслідок цього на поверхні ста­кана осідає шар сконденсованої водяної пари у вигляді легкого туману. Момент появи роси на поверхні стакана означає, що її температура досягла точки роси. Цю температуру й показує тер­мометр.

Дослід ознайомлює учнів Із способом визначення точки роси і принципом будови та роботи конденсаційного гігрометра.

2.5.3. Вимірювання відносної вологості психрометром.

Обладнання: психрометр, психрометрична таблиця.

Гігрометр Ламбрехта дає змогу визначати відносну вологість - повітря досить точно, але саме вимірювання забирає багато часу і не завжди буває зручно його виконувати. Психрометр дає змо­гу визначити відносну вологість повітря швидко і досить точно, за винятком тих випадків, коли відносна вологість низька (10.. .20%), а температура повітря наближається до нуля або від'ємна (до —10°С). Тут відносна похибка у визначенні віднос­ної вологості може досягати 50...70% її фактичного значення.

Психрометр (точна назва приладу — психрометр Августа) складається з двох однакових термометрів, що укріплені на спільній основі (рис.), де зображено два по-різному оформле­них психрометри). Ціна поділки шкали термометрів звичайно становить 0,5°С. Кульку одного з термометрів обгорнуто смуж­кою батисту або марлі і занурено в посудину, наповнену дистильованою, сніговою або дощовою водою.

Внаслідок випаровування води з поверхні батисту темпера­тура, яку показує «вологий» термометр, буде нижчою від темпе­ратури «сухого» термометра. Різниця показів «сухого» і «воло­гого» термометрів (психрометрична різниця) залежить від від­носної вологості повітря. Тому для її знаходження необхідно  за показами «сухого» і «вологого» термометрів обчислити

психрометричну різницю і за психрометричною таблицею визначити відносну воло­гість. Скорочену психромет­ричну таблицю вміщено на с. 95. У ній покази вологого термометра подано через 2°С (для парних значень температури вологого тер­мометра). Значення воло­гості, які відповідають не­парним значенням темпера­тури вологого термометра, знаходять як середнє з двох сусідніх значень. Для орієн­товного визначення віднос­ної вологості повітря цього цілком достатньо.

Заслуговує на увагу гра­фік, зображений на мал. Він дає змогу передбачити (звичайно, з деякою імовір­ністю) можливість ранкових

і вечірніх заморозків. На малюнку показано, як користуватися цим графіком.

На рис. зображено психрометр з примусовим обдуванням термометрів потоком повітря, що утворюється спеціальним вен­тилятором (аспіратором). Цей прилад зручний для користування в експедиційних умовах, на які він і розрахований. Аспіратор обертається за допомогою електродвигуна або годинникового механізму з пружинним заводом.

 

2.6. Поверхневі явища

2.6.1. Поверхневий натяг мильної плівки.

Обладнання: дротяна прямокутна рамка з перекладиною, мильний розчин, хімічний стакан об'ємом 250...400 см³. освітлювач для тіньової проекції.

З мідного або латунного дроту, діаметр якого 2,5...З мм, виготовляють рамку з ручкою

(мал.). Перекладину роблять з мідної дротини діаметром 0,5 мм. Щоб перекладина не переко­силась під час переміщення, кінці дротини перекладини закру­чують спірально навколо дроту рамки, але так, щоб переклади­на могла рухатись без помітного тертя. До неї прив'язують тон­ку шовкову нитку.

Під час демонстрування рамку занурюють у стакан з миль­ним розчином, тримаючи її за ручку у вертикальному положен­ні. Рухому перекладину розміщують приблизно посередині рам­ки і притримують пальцем. Виймають рамку з розчину і, три­маючи її у вертикальному (ручкою донизу) або горизонтально­му положенні, тягнуть за нитку, розтягуючи плівку. Звертають увагу на те, що, скорочуючись, плівка піднімає (або відтягує вбік при горизонтальному розміщенні рамки) перекладину до самого краю рамки.

Дослід варто показувати в тіньовій проекції. Його доцільно використати під час пояснення поняття про коефіцієнт поверх­невого натягу. Для цього до перекладини рамки підвішують ви­готовлені з дроту тягарці 8-подібної форми, їх кількість підби­рають так, щоб вони разом з перекладиною зрівноважили силу поверхневого натягу.

Для виготовлення мильних розчинів використовують мило найвищого гатунку (мило дитяче, медичне, туалетне, мильний порошок для гоління). Його розчиняють у теплій (але не гарячій) воді. Маса мила має становити 2-3% маси взятої води. Найкращі результати отримують тоді, коли використовують дистильвану

водку. Для більшої міцності плівки в розчин після охолодження додають кілька крапель чистого гліцерину.

2.6.2. Мильні плівки на каркасах.

Обладнання: дротяні карка­си для мильних плівок, скляна посу­дина з мильним розчином для зану­рювання каркасів, освітлювач для тіньової проекції.

Під дією сил поверхневого натягу плівка рідини скорочу­ється і набирає форми, яка має найменшу поверхню. Щоб показати це учням, де­монструють такі досліди.

а) Кільцевий каркас з ниткою. Каркас виготов­ляють з мідного, латунного або стального дроту діаметром 1,5 мм. Дротину завдовжки 40 см згинають кільцем навколо пляшки (0,25 л). Кінці дротини скручують, утворюючи ручку. До діаметрально протилежних точок кільця прив'язують тонку шовкову нитку.

Для демонстрування кільце занурюють у скляну посудину з мильним розчином і повільно виймають, тримаючи його вертикально. Показують учням, що кільце затягнулося мильною плів­кою, а нитка має довільну форму. Прорвавши плівку з одного боку від нитки, спостерігають, що нитка набирає форму дуги внаслідок зменшення поверхні плівки.

Проривають мильну плівку кінчиком нагрітої дротини.

б) Кільцевий каркас з нитяною петлею. До діа­метрально протилежних точок кільця прив'язують тонку шовко­ву нитку з петлею посередині. Дослід проводять аналогічно по­передньому. Якщо прорвати плівку всередині петлі, утвориться коло. Можна на нитці зро­бити дві послідовно розмі­щені петлі, тоді утворяться два кола.

в) Каркас із двох дротин на нитках. До кінців двох алюмінієвих дротин діамет­ром 1,5 мм і завдовжки 6 см кожна прив'язують тонкі шовкові нитки завдовжки по 10 см (мал.). Учням по­казують каркас і звертають увагу на вертикальне розмі­щення ниток. Коли утворити

на каркасі плівки, нитки набирають форми дуг. Якщо легенько потягнути за нижню нитку, кар­кас знову набуде форми прямокутника. А якщо нитку відпустити, то плівка, скорочуючись, знову набуде такої форми, як показано на мал.

2.6.3. Дослід Плато.

Цей дослід полягає у зрівноважуванні краплі рідини, яка міститься в іншій рідині однакової густини, при цьому краплина під дією молеку­лярних сил набирає кулеподібної форми.

а) Обладнання: циліндрична мензурка на 150... 200 мл, гумова груша, рицинова олія, підфарбована вода.

Рициновою олією наповнюють циліндричну мензурку. У гумову грушу набирають підфарбо­ваної води. Кінчик груші опускають в олію і витискують воду. Густина рицинової олії мало відрізняється від густини води, тому вода скупчується біля кінчика груші у вигля­ді великої краплі, яка повільно опускається на дно мензурки, набираючи форми кулі. Сила тяжіння і сила Архімеда, що ді­ють на краплю, майже рівні між собою. Тому крапля опуска­ється дуже повільно, і учні можуть добре розглянути її форму.

б) Обладнання: хімічний стакан або колба, електрична плитка або інший нагрівальний прилад, нафталін, вода.

Наповнений водою хімічний стакан ставлять на нагріваль­ний прилад. На поверхню води насипають 2-З г нафталіну. На­гріваючи воду до 80-85°С, спостерігають, як плавиться нафта­лін і опускається на дно у вигляді кульок.

в) Обладнання: універсальний проекційний апарат, саморобна кюве­та, піпетка, спирт, машинна олива, вода.

Для досліду треба виготовити невеличку кювету з плоскими паралельними гранями¹. Для її виготовлення використовують органічне скло, товщина якого І...2 мм. Внутрішні розміри кю­вети: 2Х2Х6 см.

Кювету встановлюють на столику шкільного універсального проекційного апарата перед конденсором (мал.) і до поло­вини наповнюють її спиртом, забарвленим чорнилом проектують на екран. Потім за допомогою піпетки вміщують у кювету краплю машинного масла діаметром 4-6 мм. У спирті крапля тоне, опускаючись на дно кювети і набирає при цьому овальної, приплющеної, форми. Якщо використовувати в досліді скляну пробірку, то це не дасть бажаних результатів, бо наповнена прозорою рідиною пробірка діє як циліндрична лінза, що спотворює зображення.

бо її сила тяжіння більша за виштовхувальну силу, що діє на краплю.

За допомогою піпетки повільно й обережно добавляють у кювету воду. Спостерігають, як крапля масла поступово підні­мається й набирає правильної форми кулі (мал. 110, б). Вона плаває всередині рідини: сила тяжіння, що діє на краплю, зрів­новажується виштовхувальною, силою. У цьому досліді доціль­но використати об'єктив з оборотною призмою.

2.6.4. Утворення менісків.

Обладнання: універсальний проекційний апарат, дві скляні трубки завдовжки 8...10 см, кювета із стержнем для проектування, трохи підфарбо­вана вода, чиста вода, парафін, піпетка.

Одну з двох скляних трубок, довжина якої 8...10 см, а діа­метр 6-8 мм, покривають тонким шаром парафіну. Для цього її нагрівають у полум'ї спиртівки і занурюють у розплавлений парафін. Потім трубку швидко виймають і дають змогу парафіну стекти. Після охолодження парафін зчищають із зовнішньої поверхні трубки. Один з кінців кожної трубки закривають гумовою пробкою.

В обидві трубки за допомогою піпетки вливають трохи під­фарбованої води так, щоб висота її стовпа була 2...З см. У чистій

скляній трубці вода змочує стін­ки, внаслідок чого утворюється вгнутий меніск. У трубці, покри­тій парафіном, вода не змочує її стінок, тому утворюється опуклий меніск.

Утворені меніски демонстру­ють за допомогою проекцій. Пе­ред конденсором проекційного апарата в рейтері закріплюють стержень кювети для проектуван­ня. Якщо такої кювети немає, її можна замінити кюветою від ма­нометра або від приладу для де­монстрування електроіскрової об­робки металу. Кювету наповню­ють чистою водою і в неї зану­рюють трубки закупореними кін­цями донизу з таким розрахун­ком, щоб рівень води у кюветі був вищий від рівня води в трубках. Для фіксації положення трубок у кюветі на них надівають гумові кільця. Вмикають живлення проекційного апарата і, переміщуючи об'єктив, дістають на екрані чітке зображення менісків. Щоб утворилось пряме зображення, використовують об'єктив з обо­ротною призмою.

 

2.6.5. Рідина в капілярних трубках.

 

Обладнання: набір капілярних трубок, універсальний проекційний апарат, забарвлена вода, хімічний стакан, піпетка.

Для демонстрування явища капі­лярності випускається спеціальний на­бір капілярних трубок (мал. 115), що складається з двох самостійних прила­дів — сполучених посудин. Один із них з однією капілярною трубкою діамет­ром 2...2,5 мм, а другий — з двома ка­пілярними трубками діаметром І... 1,5 мм і 2...2,5 мм. Діаметр широкої трубки у кожному приладі 6...8 мм. Висота трубок — близько 5 см. Вони призначені для проектування на екран окремо і разом, щоб можна було роби­ти порівняння. Прилад з двома капілярами заповнюється рідиною, що змочує скло (вода). Прилад з одним капіляром призначений для заповнення його рідиною, що не змочує скла (ртуть). Та оскільки ртуть заборонено ви­користовувати в шкільних дослідах, цей прилад всередині треба покрити тонким шаром парафіну і заповнювати також водою. Для цього прилад нагрівають на спиртівці і в широку трубку наливають розплавлений парафін, який відразу ж виливають через капіляр. Потім прилад повертають отворами вниз, щоб стік зайвий парафін.

Під час підготовки до проведення досліду в широку трубку приладу з двома капілярами піпеткою накапують стільки за­барвленої води, щоб її рівень у найтоншому капілярі не доходив доверху. Широку трубку приладу з одним капіляром заповню­ють забарвленою водою наполовину. Підставку з капілярами встановлюють на дерев'яному столику, закріпленому в рейтері оптичної лави універсального проекційного апарата біля самого конденсора, і за допомогою об'єктива установку проектують на екран. У досліді бажано використати об'єктив з оборотною призмою.

Під час проведення дослідів з капілярами воду треба за­барвлювати речовинами, які не фарбують скла: фуксином, ме­тиленовою синькою, чорнилом для авторучки.

 

2.7. Кристалічна будова тіл.

2.7.1. Демонстрування моделі кристалічної решітки кухонної солі.

Обладнання: модель кристалічної решітки кухонної солі.

Головучтехпром випускає модель, що складається з 27 дере­в'яних кульок діаметром 25 мм з отворами і 54 пофарбованих металевих стержнів завтовшки 3 мм, завдовжки 100 мм. 14 ку­льок пофарбовані в червоний колір, а 13 — у чорний. Модель кристалічної решітки складають так, щоб утворився куб, причо­му у вершинах кутів куба і в точках перетину діагоналей його граней поміщають червоні кульки, які зображують іони хлору (рис.), а між ними закріплюють чорні кульки, які зображу­ють іони натрію.

Працюючи з моделями кристалічних решіток, слід пам'ята­ти, що їх призначення — наочно зображувати просторове розміщення частинок у решітці. Така будова моделей допомагає з'я­сувати просторове розміщення, періодичність, ближній і дальній порядок частинок. Але співвідношення між розмірами кульок і відстанями між ними не відповідають (і не можуть відповіда­ти) дійсності, а кульки не можуть бути моделями частинок. Яд­ра атомів у 10⁵ разів менші за відстані між ядрами. Отже, як­що додержувати цих пропорцій і вибрати розміри кульок, які добре видно учням у класі, то відстані між кульками треба бу­ло б взяти такі, які дорівнюють кілька кілометрів. Щоб кульки могли бути моделями частинок, з яких складається кристал, во­ни повинні не розділятися проміжками, а, навпаки, доторкуватись

одна до одної і навіть частко­во перекриватись, тобто взаємно проникати одна в одну.

Отже, щоб в учнів не склалось уявлення, що кристалічна решітка (і тверде тіло) так само пориста, як і її модель, треба одночасно із згаданою моделлю (мал.) пока­зати модель із щільною упаковкою частинок. Радіус кульок, що імітують у цій моделі іони хло­ру, удвічі більший за радіус тих, що імітують іони натрію. Модель виго­товляють з пластиліну. Таку модель кристалічної решітки кухонної солі можна обгрунтувати тим, що в кристалі NаСІ радіус іона хлору до­рівнює 1,8-10¹⁰ м, радіус іона натрію 0,98-10~¹⁰ м, відстань між центрами сусідніх атомів 2,81 • 10^-10 м.

2.7.2. Деформація розтягу мідної дротини.

а) Обладнання: прилад для демонстрування розтягування твердого тіла (дротини), два універсальних штативи, три муфти, короткий стержень від штатива, набір важків, мідна дротина діаметром 0,2...0,3 мм, завдовжки 40...50 см.

Львівський завод «Фізприлад» виготовляв для демонструван­ня розтягування твердого тіла (дротини) спеціальний прилад (мал. 133), що складається з круглої шкали 7, у центрі якої обертається стрілка; тарілки для важків 2\ двох циліндричних штифтів 5, з яких один використовується для закріплення одно­го кінця дротини до нерухомої перекладини штатива. Для цього штифт вставляють в отвір циліндра з гачком 4, який затискують

у муфті або підвішують до перекладини штатива. Дру­гий штифт 5 використовуєть­ся для кріплення другого кін­ця дротини до шкали. Крім того, до комплекту входить важок 3 і нитка. Для прове­дення досліду нитку переки­дають через вісь стрілки, яка в міру видовження дротини повертає стрілку приладу.

Установку для демон­стрування складають у такій послідовності.

Два універсальних шта­тиви скріплюють у верхній частині перекладиною. У середній частині перекладини закріплюють муфту від штатива, в якій затискують циліндр з отвором 4. На один із штифтів намотують З...5 витків дротини, потім штифи вставляють в отвір циліндра. Дру­гий кінець дротини намотують на другий штифт, який вставляють в отвір затискача, прикріпленого до шкали. Після цього до шкали підві­шують тарілку для важків. Потім до перекладини прив'язують нитку з важком 5. Нитку перекладають петлеподібно через вісь стрілки, яку встановлюють на нуль шкали.

Для проведення досліду на та­рілку послідовно один за одним кла­дуть важки вагою 1Н, відмічаючи кожного разу покази стрілки. На початку досліду із збільшенням на­вантаження пропорційно збільшу­ється видовження дротини (межі пружних деформацій). При дальшо­му зростанні навантаження ця про­порційність порушується: видовжен­ня дротини зростає швидше, ніж навантаження. Створивши наванта­ження, при якому метал починає «текти», помічають, що стрілка при­ладу продовжує помітно переміщу­ватись уздовж шкали навіть без збільшення навантаження. Дослід проводять доти, доки не розірветься дротина.

б) Обладнання: два уні­версальних штативи, довга дере­в'яна стрілка на стержні, метр, демонстраційний, два набора важ­ків з двома гачками, мідна дро­тина діаметром 0,2...0,3 мм, зав' довжки 1 м, з кільцями на кін­цях.

Для досліду складають установку, зображену на мал.. Стрілку завширш­ки 8...10 мм вирізують із канцелярської лінійки дов­жиною 50 см; один її кінець загострюють, а на другому роблять отвір для осі. На відстані 10...12 см від отво­ру на стрілці встановлюють маленький болтик з гайкою для прикріплення стрілки до дротини, деформацію якої розглядають. Віссю стрілки є шуруп, який вгвинчують у дерев'яну паличку, закріпле­ну в муфті штатива.

Дослід проводять анало­гічно до попереднього.

За допомогою цієї установки можна показати, що видовження прямо пропорційне при­кладеній силі (у межах пружних деформацій). Змінюючи діа­метр дротини, її довжину й навантаження, можна показати, що в межах пружності видовження прямо пропорційне навантажен­ню, початковій довжині дротини і обернено пропорційне площі поперечного перерізу дротини.

2.7.3. Деформація згину.

Обладнання: стальна міліметрова лінійка (l=50 см), струбцина, на­бір важків з двома гачками (6 шт.), кусок гумової трубки із вставленими в неї залізними шпицями, два піднімальні столики або дві дерев'яні тригран­ні призми, демонстраційний метр.

Стальну лінійку прикручують струбциною до краю демонст­раційного стола або піднімального столика. При цьому лінійка розміщена практично горизонтально. Якщо до вільного її кінця підвісити важок, лінійка зігнеться (мал.). Збільшуючи навантаження, звертають увагу на збільшення прогину, який вимірюють демонстраційним метром. Дослід повторюють, по­клавши лінійку кінцями на два піднімальні столики або на дві дерев'яні тригранні призми (мал.).

Учням доцільно пояснити, що деформацію згину можна звести

до деформацій стиску й розтягу. Це показують на .моделі виготовленій з куска товстостінної гумової трубки, в яку через кожні 2 см встромлюють залізні або мідні шпиці.

2.7.4. Деформація зсуву і кручення.

Обладнання: прилад для демонстрування видів деформації, кусок гумової трубки із встромленими в неї залізними або мідними шпицями, смуж­ка гуми (15Х3 см).

а) Вивчаючи деформації зсуву, використовують фабричний прилад (мал.). Він скла­дається з дерев'яних пластин розмірами 15х10Х1 см, які скріп­лені між собою стальними спіральними пружинами. На бічній поверхні пластин нанесено посередині добре видимі мітки, що умовно зображують нейтральний шар твердого тіла. Такі самі мітки нанесено і на краях пластин. Навантаження на прилад не повинне перевищувати 40 Н. При більших навантаженнях мож­ливі залишкові деформації пружин приладу.

Для демонстрування деформації зсуву нижню дощечку при­тискують рукою до піднімального столика і, взявшись за верх­ню, зсувають її відносно нижньої в паралельних площинах.

б) Деформацію кручення можна показати за допомогою кус­ка товстостінної гумової трубки діаметром 1,5...2 см і завдовжки 25 см, в яку через кожні 2 см встромлено залізні або мідні шпильки.

 

Беруть трубку в обидві руки за кінці і, тримаючи один кінець нерухомо, повертають другий навколо осі трубки (рис.). Шпильки при цьому розміщуються по гвинтовій лінії, що свідчить про зсув окремих шарів трубки. Значення зсуву окремих шарів трубки прямо пропорційне відстані від її осі. Отже, деформацію кручення можна звести до деформації неоднорідного зсуву.

Можна продемонструвати також кручення гумової смужки. Її беруть за кінці двома руками і починають обертати в проти­лежні сторони. В результаті цього смужка деформується так, що ребра її розміщуються у вигляді гвинтової лінії (рис.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ЕЛЕКТРИКА  Й  МАГНЕТИЗМ.

3.1. ЕЛЕКТРОСТАТИКА.

3.1.1. Будова й дія електрофорної машини.

Обладнання: електрофорна машина; електричний розрядник; з‘єднувальні провідники; ізоляційний столик; електроскоп.

 

1. Електростатичні машини бувають багатьох видів. Будова їх, зумовлена принципом добування електрики: електризацією тертям, через вплив або обома способами одночасно.

Електрофорна машина, в якій використовується електризація тертям, складається з двох дисків 5 із скла, ебоніту або органічного скла, вільно насаджених на горизонтальну вісь. На зовнішній поверхні кожного диска наклеєні смужки 4 із тоненької листової фольги. За допомогою рукоятки 3, двох шківів і пасової передачі диски одночасно приводяться в  обертальний рух у протилежних напрямах.

 

 

Під час обертання дисків смужки труться об мішурні щіточки 6. Дві щіточки переднього диска сполучені провідником. Щіточки другого диска також сполучені між собою і дотикаються лише до пластинок заднього диска.

Коли, наприклад, секція А першого диска, що обертається проти годинникової стрілки, має незначний позитивний заряд (для цього достатньо тієї незначної різниці потенціалів, яка завжди існує між двома ізольованими провідниками), то вона за індукцією збудить негативний заряд у щітці В біля другого диска, який у цей час рухається за годинниковою стрілкою. Однойменний заряд буде утворюватись на протилежному кінці С траверзи

 

 

ВС. Рухаючись далі, індуктивно заряджені секції другого диска зісковзують із щіток траверзи ВС, яка їх сполучає, і несуть на собі різнойменні заряди. Проходячи біля щітки траверзи DE, ці секції збуджують позитивний заряд біля щітки D і негативний біля щітки Е. Праворуч від щіток В і Е рухаються секції, заряджені негативно. На своєму шляху вони збуджують (у щітках D і С) заряди протилежного знака. Коли вони проходять біля вилки N її вістря заряджається за індукцією позитивно. Негативний заряд секцій, які рухаються від вилки N до щіток С і D нейтралізується позитивним зарядом, що стікає з вилки N кульовий кондуктор, що сполучений з вилкою N, нагромаджує на собі негативний заряд. Для збільшення електроємності кульові кондуктори 1 сполучають із конденсаторами 2 (лейденськими банками).

Подібні закономірності, властиві і секціям, які розміщені зліва від щіток D і С і несуть позитивний заряд, який нагромаджується на кондукторі, сполученому з вилкою M.

Таким чином, рухаючись, обидва диски внаслідок взаємного електричного впливу переносять і нагромаджують все нові й нові кількості зарядів.

2. Досліди демонструють так. Обертають рукоятку машини за годинниковою стрілкою. Приводять у рух диски. У конденсаторах і на кульових кондукторах нагромаджується достатня кількість електрики. Наближають кондуктори на відстань 1—2 см. Виникає пробій - проскакує електрична іскра (блискавка). Збільшують відстань між кульками, дістають більші іскри.

Відкручують кулі (на кожному кондукторі). Замість кулі залишилося вістря. Обертають диски машини. Дістають дуже коротку іскру. Знову надівають кулі, дістають іскру попередньої довжини.

Зміну ємності кондукторів дуже наочно ілюструє порівняння іскри, одержаної, коли роз’єднані зовнішні обкладки лейденських банок.

Електрофорну машину оберігають від пилу й вологості·

3.1.2. Два типи зарядів.

Обладнання: ебонітова та скляна палички; два електрометри з кульовими кондукторами; хутро та шовкова тканина.

Кондуктор одного з електрометрів заряджають від натертої об хутро ебонітової палички (негативний заряд), а другого – від потертої об шовк скляної палички (позитивний заряд), так щоб стрілки електрометрів відхилилися на однаковий кут. Після цього кондуктори з’єднують розрядником, внаслідок чого стрілки електрометрів досягають нульової позначки, що свідчить про повну нейтралізацію зарядів.

 

3.1.3. Дискретність заряду.

Обладнання: заряджене тіло; електрометр; металева кулька на діелектричній ручці.

Торкаючись зарядженого тіла, а потім електрометра, демонструють як із кожним разом збільшується заряд на електрометрі на однакову кількість.

 

3.1.4. Лінії напруженості електричного поля.

а) Обладнання: два султани; електрофорна машина.

Демонстрація силових ліній електричного поля здійснюється за допомогою двох султанів. “Султан” складається з кількох десятків смужок кольорового цигаркового паперу, які закріплені на металевому стержні в ізолюючому штативі. Спочатку беруть один "султан" і приєднують його провідником до одного з полюсів електрофорної машини. Паперові смужки "султана" розміщуються радіально, демонструючи картину поля заряду. Потім до полюса машини приєднують інший султан і демонструють поле двох однойменних зарядів. Приєднавши провідником перший султан до одного полюсу електрофорної машини, а другий - до іншого, спостерігають, як паперові смужки різних "султанів", притягуючись один до одного, в той же час залишаються на деякій відстані від сусідніх смужок. Спочатку “султани” розташовують досить далеко один від одного, не ближче одного метра. При цьому смужки паперу кожного султану розміщуються приблизно радіально. Наближаючи “султани”, спостерігають викривлення смужок і виникнення притягання між ними.

 

3.1.5. Електростатичний вплив.

Обладнання: два електрометри з кульовими кондукторами; розрядник з ізолюючою ручкою; електрофорна машина; металева куля на ізолюючій підставці.

а) Для демонстрування наведення електричних зарядів на відстані (електростатичний вплив) служать два однакових демонстраційних електрометри, які можна з’єднати розрядником з ізолюючою ручкою.

Наближають із боку до одного з електрометрів, які з’єднані металевою паличкою, наелектризовану за допомогою електрофорної машини кулю. Стрілки обох електрометрів відхиляться внаслідок виникнення на них індукованих зарядів: на ближчому до куліі  різнойменного, на віддаленому  однойменного із зарядом кулі. При віддаленні кулі заряди нейтралізуються і стрілки електрометрів опускаються. Знову наближають наелектризовану кулю і, викликавши відхилення стрілок, знімають металеву паличку. Тоді після віддалення наелектризованої кулі стрілки електрометрів залишаються відхиленими, оскільки, заряди на електрометрах не можуть нейтралізуватися. Наближаючи до електрометрів по черзі наелектризовану кулю, переконуються в тому, що стрілка електрометра падає, а іншого – відхиляється сильніше. Це показує, що при заряджанні тіла внаслідок електростатичного впливу виникають позитивні та негативні заряди на протилежних кінцях цього тіла. Можна привести електрометри в контакт, внаслідок чого заряд на них нейтралізується.

б) Демонстрація за допомогою одного електрометра зарядження провідника через вплив можна демонструвати одним електрометром. При наближенні наелектризованої кулі стрілка електрометра відхиляється (заряд, однойменний із зарядом кулі, буде знаходитись на стрілці, різнойменний  на кулі електрометра). При віддаленні кулі стрілка повертається до нульової поділки. Знову наближають наелектризовану кулю і, коли стрілка відхилиться, торкаються кульки електрометра пальцем. Заряд, однойменний заряду кулі, відводиться в землю через тіло експериментатора, і стрілка електрометра повернеться до нульової поділки. Заряд, різнойменний до заряду кулі, залишається зв’язаний на кулі електрометра і після віддалення кулі, заряд розподіляється на кульці, стержні й стрілці електрометра, при цьому стрілка відхилиться.

Якщо піднести до електрометра ту ж заряджену кулю, то відхилення стрілки зменшиться.

 

3.1.6. Потенціал і розподіл зарядів зарядженого провідника.

Обладнання: електрометр; металева кулька на ізолюючій ручці; електрофорна машина; тіло зі змінною площею поперечного перерізу; з’єднувальний провідник.

Еквіпотенціальні поверхні.

Корпус електрометра з’єднують із землею, щоб захистити електрометр від зовнішніх електричних полів. Конусний кондуктор заряджають натертою паличкою або від електрофорної машини. Пробною кулькою, з’єднаною гнучким провідником із стержнем електрометра, доторкуються до поверхні кондуктора. Стрілка електрометра відхиляється. Ведуть кульку, не відриваючи

її, по поверхні кондуктора. Покази електрометра не змінюються навіть тоді, коли кульку ввести у внутрішній конус або доторкнутися нею до вістря зовнішнього конуса. Роблять висновок, що поверхня зарядженого провідника є поверхнею однакового потенціалу  еквіпотенціальною поверхнею.

 

3.1.7. Сітка Кольбе.

Обладнання: електрофорна машина; сітка Кольбе; з’єднувальний провідник.

а) Поле зарядженої площини.

Сітка Кольбе являє собою гнучку металеву сітку, до якої з обох боків підвішені паперові смужки.

Сітка Кольбе розміщується прямолінійно. Її з’єднують довгим провідником із кондуктором електрофорної машини. Надаючи заряд сітці, звертають увагу на те, що паперові смужки розташовуються перпендикулярно до площини сітки вздовж лінії напруженості електричного поля.

б) Залежність поверхневої густини заряду від кривизни поверхні.

При прямолінійному розміщенні запряженої сітки Кольбе паперові смужки розміщені рівномірно й перпендикулярно до площини сітки. Якщо змінити кривизну поверхні сітки, то чим меншим буде радіус кривизни, тим більшою буде поверхнева густина заряду і   більший кут відхилення паперових смужок. Найбільше смужки відхиляються на опуклих місцях сітки і найменше – на вгнутих.

3.1.8. Заряди на вістрях.

Обладнання: перетворювач напруги «Розряд-1» або електрофорна машина; ізолюючий штатив із муфтою й лапкою; свічка; металеве вістря; колесо Франкліна.

а) “Стікання” заряду з вістря.

На ізолюючому штативі закріплюють металеве вістря. Проти вістря

в лапці затискують запалену свічку. Вістря з’єднують із кондуктором перетворювача напруги або електрофорної машини. Другий кондуктор перетворювача напруги заземлюють. Увімкнувши живлення перетворювача або, обертаючи машину, спостерігають відхилення полум’я свічки «електричним вітром».

Це явище пояснюють великою густиною зарядів на вістрі. Унаслідок цього молекули повітря поблизу вістря іонізуються й утворюється потік іонів, напрямлений від вістря.

б) Колесо Франкліна.

Колесо Франкліна — це 2 - 4 дротини із загостреннями і зігнутими в один бік кінцями; другі кінці дротин прикріплено до металевого ковпачка із заглибиною, якою він насаджується на вістря, закріплене на ізолюючій підставці.

Для демонстрування колесо з’єднують із кондуктором перетворювача напруги або електрофорної машини. Другий кондуктор перетворювача напруги заземлюють. Увімкнувши живлення перетворювача або, обертаючи машину, спостерігають, що колесо швидко починає обертатися в бік, протилежний напряму вістер.

3.1.9. Матеріальність електричного поля.

Обладнання: перетворювач напруги «Розряд-1» або електрофорна машина; три штативи; кульовий кондуктор від електрометра; розбірний конденсатор; з’єднувальні проводи; нитки.

Складають таку установку. Диски від електрофора закріплюють у муфтах штативів і розміщують на відстані 18—20 см. Між дисками вносять підвішений на довгій нитці кульовий кондуктор. Умикають живлення перетворювача напруги або обертають електрофорну машину. Кондуктор у проміжку між пластинами приходить у коливальний рух. Пояснивши рух кондуктора від одного диска до другого, роблять висновки:

а) у проміжку між зарядженими дисками на кулю діють сили;

б) напрям дії цих сил збігається з напрямом переміщення кулі, отже, вони (сили) виконують роботу.

Отже, між дисками існує якийсь вид матерії. Природно допустити, що це електричне поле.

 

3.1.10. Силова структура електричного поля.

Обладнання: прилад для демонстрування спектрів електричного поля; перетворювач напруги “Розряд-1”; графопроектор; вазелінове або трансформаторне  масло;  манна  крупа; з’єднувальні провідники.

Прилад складається з корпусу 5 із двома універсальними клемами 1 і з’єднаними з ними контактними пластинами 2, прозорої ванни 3, металевого  

екрануючого кільця 4, контактної скоби 6, за допомогою якої екрануюче кільце можна з’єднати з однією з клем. До приладу додається три металеві електроди 7 і 9. Крім того, в комплект приладу входить мале металеве кільце 8  і пластмасова кришка 10 для ванни.

На конденсор графопроектора установлюють прилад. У ванну приладу наливають шар вазелінового або трансформаторного масла завтовшки 1 - 2 мм. На поверхню масла рівномірно насипають манну крупу. Після цього встановлюють відповідні електроди, а до клем підводять високу напругу від перетворювача або електрофорної машини.

Щоб продемонструвати спектр поля точкового заряду (рис. а) екрануюче кільце 4 за допомогою контактної скоби 6 з’єднують з однією з клем приладу. Один з електродів 7 установлюють так, щоб точковий провідник розмістився в центрі ванни (рис. а).

Коли демонструють спектри електричних полів двох різнойменно заряджених тіл (рис. б, в, г), контактну скобу знімають, а у ванні розміщують відповідні електроди. Для утворення стійких спектрів потрібно експериментально підібрати напругу живлення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.11. Електростатичний захист.

Обладнання:  циліндр Фарадея; електрометр; електрофорна машина; з’єднувальні провідники.

Електрометр заряджається від електрофорної машини (пелюсточки відxиляються). Зверху ставиться циліндр Фарадея, і кулька електрометра з’єднується провідником із циліндром Фарадея. При цьому заряд розподілиться по поверхні циліндра (пелюсточки впадуть). Якщо під’єднати циліндр Фарадея до електрофорної машини і заряджати його, то всередині циліндра заряд буде відсутній (електрометр не буде реагувати).

 

 

3.1.12. Екрануюча дія провідників

Обладнання: електрометр із кульовим кондуктором; паличка й тканина для електризації; металева пластинка (30X30 см) або диск від розбірного конденсатора.

До кондуктора електрометра підносять добре наелектризовану паличку або кулю на ізолюючому штативі, сполучену з перетворювачем напруги, Відмічають електризацію кондуктора через вплив.

Між електрометром і наелектризованим тілом розміщують вертикально заземлену металеву пластинку або диск від розбірного конденсатора. При цьому стрілка електрометра повертається до нуля. Пояснюють екрануючу дію заземленого провідника.

Екрануюча дія провідників широко використовується в сучасній електро- і радіотехніці.

 

3.1.13. Ємність плоского конденсатора.

а) Обладнання: розсувний конденсатор; електрофорна машина;  електрометр; з’єднувальні провідники.

Для досліду використовується модель плоского конденсатора з розсувними обкладками.

Одна обкладка конденсатора повинна бути нерухомою і надійно ізольованою, друга повинна рухатись відносно першої. Пластини з’єднують з електрометром і заряджають. При цьому стрілка електрометра відхилиться на певний кут. Віддаляючи рухому пластину конденсатора, спостерігають збільшення відхилення стрілки електрометра. Це пояснюється, що при розсуванні обкладок ємність конденсатора зменшується, а різниця потенціалів збільшується.

Поставивши рухому пластину в положення, при якому відстань між обкладками трішки більше товщини пластинки діелектрика, призначеного для конденсатора, відмічають значення різниці потенціалів між пластинами (кут відхилення стрілки електрометра). Потім між обкладками вставляється пластина діелектрика. При цьому емність конденсатора збільшується, що викликає відповідне зменшення потенціалу й відхилення стрілки електрометра на менший кут. Після того, як діелектрик видаляють із конденсатора стрілка повертається в попереднє положення.

 

б) Обладнання: конденсатор розбірний (електрофор); електрометр; два ізолюючих штативи; паличка й тканина для електризації; з’єднувальні провідники.

Добре наелектризованою паличкою заряджають пластину конденсатора, з’єднану зі стержнем електрометра. Не змінюючи відстані між пластинами,

зсувають одну з них відносно другої. Покази електрометра зростають, що свідчить про зменшення ємності конденсатора. Роблять висновок про залежність ємності конденсатора від площі взаємного перекривання пластин.

 

 

3.1.14. Будова й дія лейденської банки

Обладнання: розбірна лейденська банка; батарея лейденських банок; електрофор або електрофорна машина; розрядник; столик на ізоляційних ніжках; ящик для підсушування приладів; з’єднувальні провідники.

Лейденська банка - це конденсатор, в якому діелектриком є скло. Банка має циліндричну форму і обклеєна на ²/із висоти станіолем зовні і всередині. Решта її поверхні покрита лужним лаком. У банку вставляють дерев’яну кришку, в якій закріплено металевий стержень, що спирається на дві схрещені пружні пластинки, розміщені біля дна.

Для кращої наочності бажано виготовити розбірну лейденську банку значних розмірів із жерсті, металевого стержня, кулі і скляного циліндра.

Банку ставлять на столик з ізоляційними ніжками і заряджають від електрофорної машини. Від’єднують від машини. Розрядником розряджають банку. При цьому проскакує іскра значних розмірів. Потім приєднують до електрофорної машини батарею конденсаторів із чотирьох банок, сполучених паралельно. Коли вони зарядяться, знову розряджають їх. Іскра тепер набагато довша, ніж під час розряджання одного конденсатора.

Пояснюють це тим, що конденсатор має властивість нагромаджувати електрику. Чим більше конденсаторів сполучено паралельно, тим більша ємність батареї.

 

3.2. Постійний електричний струм.

3.2.1. Закон Ома.

Обладнання: джерело живлення (ВС-24); демонстраційний амперметр з шунтом на ЗА; демонстраційний вольтметр із додатковим опором на 15 В;  реостат на 8 Ом; провідники.

Зібрати електричне коло за схемою. Виставити реостат на максимальний опір, а ВС-24 на мінімальну напругу. Підібрати опір і напругу так, щоб сила струму була рівна 1 А (бажано вибрати ціле значення напруги). При збільшенні напруги  зросте сила струму. Отже, сила струму прямо пропорційна напрузі. Аналогічно, зменшуючи опір за допомогою реостата, спостерігають збільшення сили струму. Отже, сила струму обернено пропорційна опору.

 

 

3.2.2. Залежність опору провідника від питомого опору, довжини та площі поперечного перерізу.

Обладнання: "гітара"; джерело живлення (ВС-24); демонстраційний амперметр з шунтом на ЗА; демонстраційний вольтметр із додатковим опором на 15 В; з’єднувальні провідники.

Потрібно зібрати коло за схемою.

“Гітара” являє собою підставку, на якій натягнуті провідники однакової довжини, різного поперечного перерізу, виготовлені з різного матеріалу. При цьому існує можливість з’єднання двох однакових провідників послідовно.

Спочатку під’єднують нікеліновий провідник із поперечним перерізом 1 мм². Напруга підбирається такою, щоб сила струму була рівна 1 А. Потім під’єднують провідник з цього ж матеріалу, але з поперечним перерізом 0,5 мм². Сила струму при тій же напрузі зменшиться в 2 рази, тобто опір збільшується в 2 рази. При послідовному з’єднанні провідників, довжина збільшується в 2 рази, сила струму зменшується в 2 рази, відповідно й опір зростає в 2 рази. Потім під’єднують провідник із міді тієї ж довжини з поперечним перерізом 0,5 мм². Сила струму зростає. Це відбувається тому, що питомий опір міді менший, а отже, менший і опір мідного провідника.

 

3.2.3. Температурна залежність опору металів і розплавів.

Обладнання: джерело живлення ВС-24;  демонстраційний амперметр із шунтом на 3 А;  спіраль із мідного провідника;  скляна паличка;  мідний провідник;  РНШ -250; лампочка на 220 В змінної напруги на підставці; спиртівка або газовий пальник; з’єднувальні провідники;  посудина Дьюара з рідким азотом.

Металеві провідники.       

Для демонстрування збільшення опору металевих провідників із підвищенням температури використовують мідний провідник діаметром 0,3-0,5 мм², довжиною близько 0,5 м, який скручений у спіраль і закріплений на спеціальному тримачі.

Установку для досліду складають так як показано на рисунку.

Установку для досліду складають, як показано на рисунку.

Для виконання досліду вмикають випрямляч і, обертаючи ручку його знижувального трансформатора, добиваються свічення нитки лампи. Свічення не повинне бути занадто інтенсивним. При цьому амперметр покаже певну силу струму в колі. Запаливши спиртівку з добре розпушеним гнітом, нагрівають спіраль і помічають, що в міру її нагрівання свічення лампи слабшає, а амперметр показує меншу силу струму. Припиняють нагрівання і спостерігають, як збільшуються покази амперметра і зростає інтенсивність свічення лампи, що, очевидно, пов’язано зі зниженням температури спіралі. 3 досліду роблять висновок про лінійну залежність опору металевих провідників від температури.

Якщо в розпорядженні є рідкий азот, дослід можна продовжити, опустивши спіраль у рідкий азот, налитий у посудину Дьюара. Після охолодження спіралі в азоті сила струму в колі й інтенсивність свічення лампи зростають.

 

3.2.4. Залежність опору електролітів від температури

Обладнання: хімічний стакан на 200—250 мл; електрична лампа 15-25 Вт;амперметр із шунтом на 1 А; дистильована вода; кухонна сіль; спиртівка;  штатив з коротким стояком; дві муфти; два кільця до штатива; провідник на ізоляційній ручці; з’єднувальні проводи; електроди з міді або алюмінію; ящик-підставка.

Установку для виконання досліду складають, як показано на рисунку. У хімічний стакан наливають на 2/3 його висоти дистильованої води і занурюють два електроди. У коло послідовно вмикають електричну лампу на 15-25 Вт і амперметр. Цю установку вмикають у мережу з напругою 36, 127 або 220 В. Оскільки в стакані дистильована вода, то електричне коло розірване. Замикаючи електроди провідником на ізоляційній ручці, демонструють, що до води прикладена напруга.

У воду потроху насипають кухонної солі, розмішують розчин скляною паличкою, поки лампа не почне слабо світитись (амперметр покаже невелику силу струму). При незмінній напрузі сила струму залежить від опору електроліту.

Запалюють спиртівку і поволі підігрівають електроліт. При цьому спостерігають зростання сили струму в колі, що відмічають за допомогою амперметра й лампи, яка світиться інтенсивніше. Якщо забрати нагрівник і дати електроліту в стакані остигнути, можна помітити, що лампа світиться слабше в міру остигання електроліту і що амперметр показує зменшення сили струму.

3 досліду роблять висновок про те, що опір електролітів із зростанням температури зменшується, а опір металевих провідників зростає. в'язкості

 

3.2.5. Електроліз розчину мідного купоросу

Обладнання: набір для електролізу; концентрований розчин мідного купоросу; джерело постійного струму; вимикач; з’єднувальні проводи; ящик-підставка.

У стакан від набору для електролізу наливають на 2/3 його висоти концентрований розчин мідного купоросу, який слід приготувати заздалегідь, щоб він відстоявся й був прозорим. У розчин занурюють два мідних електроди, закріплені в клемах кришки з набору. Мідні електроди слід старанно очистити за допомогою дрібного наждачного паперу й промити.

Електроди протягом 40-60 с витримують в електроліті, не вмикаючи струму, а потім виймають і демонструють відсутність будь-яких змін на їх поверхні. Потім електроди вмикають у коло будь-якого джерела постійного струму, яке забезпечує напругу 2-4 В і через 1-1,5 хв., вимкнувши струм, виймають. Показують, що на одному з електродів, а саме на катоді, осів тонкий шар міді. Знову занурюють електроди в електроліт і через 2-3 хв. виймають, звертаючи увагу

 

 

на те, що кількість міді значно збільшилась. Уже з цього можна зробити висновок про те, що кількість речовини, яка виділяється на катоді, залежить від часу проходження струму через електроліт.

Змінивши полярність електродів, спостерігають, що мідь, яка раніш осіла на катоді, переходить у розчин, тобто анод розчиняється.

 

3.2.6. Іонізуюча дія полум’я.

Обладнання: електрометр із кульовим кондуктором; розсувний конденсатор; електрофорна машина; спиртівка; з’єднувальні провідники.

 

Дослід виконують на установці, вид якої зображеній на рисунку. Розсувний конденсатор являє собою два диски від електрофора, ізоляційні ручки яких закріплені в муфтах штативів.

Диски конденсатора розсувають на відстань 10-15 см і одножильним проводом з’єднують із кондуктором і корпусом електрометра. Електрометр заряджають зарядом будь-якого знака і переконуються, що установка добре тримає заряд.

У простір між пластинами конденсатора вносять полум’я спиртівки, рухаючи його знизу вгору. Це треба робити обережно, щоб випадковим дотиком руки не розрядити конденсатора. При цьому спостерігають швидке розряджання конденсатора, що й фіксує електрометр. Коли полум’я забирають, розряджання припиняється.

 

3.2.7. Модель для ілюстрування механізму розряджання.

 

Обладнання:   розсувний  конденсатор;  два електрометри; електростатичний маятник; штатив з довгим стояком, лапкою й муфтою; палички для електризації; з’єднувальні провідники.

Виконання цього досліду здійснюється на установці, зображеній на рисунку.

Пластини розсувного конденсатора встановлюють на відстані 3 – 5 см одна від другої і з’єднують провідниками з електрометрами.

 

У простір між пластинами опускають гільзу електростатичного маятника, підвішену на капроновій нитці довжиною 25 - 30 см. Пластини і з’єднані з ними електрометри заряджають різнойменно. Гільза маятника, коливаючись між зарядженими пластинами, переносить із пластини на пластину заряди, різнойменні зі знаком пластин, і тим самим розряджає електрометри. Це розряджання відбувається швидко, бо маятник приносить на пластину не тільки різнойменний заряд, який частково компенсує заряд пластини, а й забирає з неї однойменний.

 

3.2.8. Виявлення струму при несамостійному розряді в газі.

 

Обладнання: розсувний конденсатор; перетворювач високовольтний «Розряд-1»; неонова лампа ТН-20; спиртівка; сірники; з’єднувальні провідники.

Струм при несамостійному розряді можна виявити на установці, зображеній на рисунку.

Джерелом живлення високовольтного перетворювача є випрямляч ВС-24м.

До борнів високовольтного перетворювача, розсунутих так, щоб між ними не проскакувала іскра, приєднують послідовно пластини розсувного конденсатора і неонову лампу в стінному патроні. Пластини конденсатора розсувають на відстань 6 - 8 см і вмикають перетворювач. Змінюючи напругу живлення перетворювача і відстань між пластинами конденсатора, добиваються ледве помітного свічення лампи. Увагу звертають на те, що лампа струму не виявляє. Потім під проміжком між пластинами конденсатора встановлюють запалену спиртівку й помічають свічення лампи. Отже, в колі є струм. Забирають спиртівку - лампа згасає. Якщо тепер більше розпушити гніт спиртівки, інтенсивність свічення неонової лампи збільшується. 

 

 

3.3. Електромагнітні явища.

 

3.3.1. Дія струму на магнітну стрілку. Дослід Ерстеда.

 

Обладнання: магнітна стрілка; джерело постійного струму на 4-6 В; товстий провідник; штатив з лапкою й муфтою; ключ; підйомний столик; з’єднувальні провідники.

Над магнітною стрілкою, яка встановилась у площині магнітного меридіана, натягують товстий провідник, кінді якого через ключ з’єднують із джерелом струму. Провідник і стрілка мають бути в одній площині, а відстань між ними близько 5 мм. Як провідник краще використовувати латунну або мідну дротину довжиною 10-15 см. Напрям струму в провіднику позначають стрілкою. Звертають увагу на нормальну для стрілки орієнтацію і вмикають струм.

Стрілка повертається, встановлюючись у напрямі, перпендикулярному до провідника.

Струм у провіднику вимикають і помічають, що стрілка знову встановлюється в площині магнітного меридіана. Змінюють напрям струму в провіднику, і стрілка знову розташовується перпендикулярно до провідника.

Пояснюючи дослід, слід обов’язково підкреслити, що незалежно від того, в якому середовищі проходить струм (метал, рідкий провідник чи газ), завжди навколо провідника виникає магнітне поле.

 

3.3.2. Демонстрування магнітних полів струмів різної конфігурації.

Обладнання: комплект приладів для демонстрування магнітних полів струмів; кодоскоп; джерело постійного струму (випрямляч ВС-24м); залізні ошурки; ключ; з’єднувальні провідники.

Комплект приладів для демонстрування магнітних полів струмів  дає змогу показати в проекції на екран поля прямого, колового й соленоїдального струмів. Усі три прилади мають однакову конструкцію і різняться лише формою провідників.

Прилад являє собою плексигласову пластинку 6, розрізану для зручності вставляння провідника. Пластинка опирається на чотири ізоляційних ніжки і з’єднана в одне ціле за допомогою латунних штабок 2, на кінцях яких змонтовано клеми 3, 4 для вмикання провідника в електричне коло. У прорізи пластинки вставлений провідник 5 у вигляді кількох витків тонкого дроту в емальовій ізоляції. Кінці провідника підведено до клем.

Прилад встановлюють на конденсор кодоскопа. Клеми приладу, через ключ, з’єднують з джерелом постійного струму, яке забезпечує напругу 8-10 В. На пластинку приладу насипають дрібні залізні ошурки. Шар ошурків має бути не товстим і рівномірним. Розташування ошурків до вмикання струму демонструють на екран. Потім умикають струм і спостерігають зміну розташування ошурків у магнітному полі струму. Щоб прискорити переміщення ошурків на пластинці приладу, треба легенько постукати по ній олівцем. На екрані відтворюється чітка картина силових ліній магнітного поля струму.

3.3.3. Дія магнітного поля на рамку зі струмом.

а) Обладнання: прямокутна рамка; два прямих магніти; джерело струму випрямляч ВС-24м; з’єднувальні провідники; штатив з муфтою; лапка або ізоляційний стояк; реостат на 5—10 Ом; ключ; підставка для магнітів.

Дію магнітного поля на рамку зі струмом можна показати за допомогою установки, зображеної на рисунку.

Рамку підвішують на тонких гнучких провідниках, які одночасно є провідниками струму. У коло рамки вмикають реостат. Магнітне поле створюють двома прямими магнітами, розташованими на підставках приблизно на рівні середини рамки. Площина рамки має бути паралельною напряму індукції магнітного поля.

Умикають слабкий струм і фіксують поворот рамки на невеликий кут. Установивши в коло рамки більший струм, спостерігають збільшення кута повороту рамки. Можна підібрати таке значення струму,

при якому рамка повернеться на кут 90⁰. В цьому випадку нормаль до площини рамки й напрям ліній магнітної індукції збігаються.

Дослід можна використати при поясненні будови та принципу дії електровимірювальних приладів магнітоелектричної системи.

б) обладнання: кільце з обмоткою; універсальний трансформатор; штатив з муфтою; лапка або ізоляційний стояк; джерело струму випрямляч ВС-24м; з’єднувальні провідники; штатив з муфтою; лапка або ізоляційний стояк; реостат на 5—10 Ом; ключ.

На осердя універсального трансформатора без ярма встановлюють котушку 127/220 В і конусні наконечники, як показано на рисунку. Кільце з обмоткою підвішують за допомогою лапки або ізоляційного стояка на тонких гнучких провідниках так, щоб воно могло обертатися між наконечниками електромагніту. У коло кільця вмикають реостат на  2 Ом. В обох варіантах досліду за допомогою реостату підбирають таку силу струму, щоб кільце не розгойдувалося, а поверталося рівномірно в магнітному полі.

 

 

3.3.4. Самоіндукція під час замикання електричного кола.

Обладнання: осердя від універсального трансформатора, дросельна котушка, реостат на 50 Ом, дві мало вольтові лампочки на підставках, вимикач демонстраційний, батарея акумуляторів (12...15 В) або випрямляч, з·єднувальні проводи.

Виникнення ЕРС самоіндукції під час замикання електричного кола можна спостерігати на установці, яка зібрана за схемою, показаною на рисунку.

 

 

 

 

Електричне коло складається з двох паралельних ділянок. В одній з них лампочку увімкнено послідовно з дросельною котушкою на осерді, а в другій — послідовно з реостатом. Повзунком реостата встановлюють такий опір (він повинен дорівнювати активному опору котушки), щоб розжарення лампочок Н1 і Н2 було однаковим. Умикають живлення і спостерігають, що лампочка Н1 засвічується з деяким запізненням, від лампочки Н2.

В момент замикання кола в обох ділянках кола (із котушкою і з реостатом) виникають вихрові електричні поля, які характеризуються ЕРС самоіндукції, Початкові значення цих ЕРС однакові і дорівнюють напрузі (з оберненим знаком), прикладеній до ділянки кола, Напруженості вихрових електричних полів протилежні за напрямом напруженості поля, яке створює джерело постійного струму, а тому перешкоджають його наростанню. На ділянці кола з котушкою цей процес значно триваліший  ніж на ділянці з реостатом. Тому лампа Н1 засвічується пізніше від лампи Н2.

 

3.3.5. Самоіндукція під час розмикання електричного кола.

Обладнання: дросельна котушка з набору “Демонстраційний трансформатор”; осердя від універсального трансформатора; ЛАТр; неонова лампочка на підставці; з’єднувальні провідники.

 

Для досліду складають установку за схемою, яка зображена на рисунку.

 

На осердя універсального трансформатора надівають котушку і замикають його ярмом. Увімкнувши живлення, спостерігають тьмяне світіння лампочки, бо вона розрахована на 3,5 В, а напруга на ній близька до 1,2 В. Під час розмикання кола лампочка яскраво спалахує. Звертають увагу учнів на те, при розмиканні кола, сила струму в котушці зменшується, тобто магнітне поле послаблюється, При цьому в котушці виникає вихрове електричне поле, під впливом якого струм у котушці зменшується поступово. Проходячи через лампочку, цей струм викликає її спалахування, бо після розмикання кола ЛАТра відносно до лампочки джерелом струму стає котушка. Слід мати на увазі, що лампочка спалахуватиме лише тоді, коли її опір буде перевищувати опір котушки в багато разів. Якщо ж опір лампочки близький до опору котушки або більший за нього, лампочка при розмиканні кола спалахувати не буде.

 

3.3.6. Енергія магнітного поля.

 

Обладнання: осердя від універсального трансформатора;котушка на 12 В; джерело струму ВС-24м; лампочка (3,5 В, 0,26 А) на підставці; реостата лабораторний на 6 Ом; амперметр із шунтом на 3 А; вимикач демонстраційний; з’єднувальні провідники.

 

Розглянуті явища самоіндукції свідчать про наявність енергії магнітного поля (дослід 3.3.6) тощо.

Описуваний дослід має на меті якісно пояснити, від яких величин залежить енергія магнітного поля. Для досліду складають установку, схему якої зображено на рисунку, а.

Рис. а.

На осердя універсального трансформатора надівають котушку (на 12 В) і замикають його ядром. Опір реостата повністю виводять. Увімкнувши живлення, спостерігають ледь помітне світіння лампочки. Коли коло розімкнути, лампочка яскраво спалахує за рахунок енергії магнітного поля котушки.

Рис. б.

У колі, яке зображене на рисунку б замість 12-вольтової обмотки вмикають її половину. Замикають коло й реостатом установлюють попереднє значення сили струму. Розмикаючи коло, спостерігають менш яскраві спалахи лампочки. Зменшення яскравості спалахів спостерігають і тоді, коли зняти ярмо з осердя трансформатора. З цих дослідів роблять висновок про те, що енергія магнітного поля провідника залежить від його індуктивності.

Після цього залишають індуктивність котушки максимальною і зменшують реостатом силу струму,що проходить по котушці. Повторюючи дослід, переконуються. Що зі зменшенням сили струму зменшується і яскравість спалахів лампочки.

 

 

 

4. ОПТИКА

4.1. Закони геометричної оптики

4.1.1. Закони відбивання світла.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

 

Для демонстрації законів відбивання світла на оптичній шайбі закріплюють плоске дзеркало так, щоб його площина була перпен­дикулярна до проведеної на по­верхні шайби вертикальної пря­мої так, як показано на рисунку.

Повертаючи дзер­кальця освітлювача, усувають усі бічні промені, залишаючи лише середній промінь. Повер­тають освітлювач відносно тримача так, щоб промінь падав у точку, з якої до поверхні дзеркала проведено перпендику­ляр, під деяким кутом до остан­нього і звертають увагу на рівність кутів падіння та відбивання.

Повертаючи тримач разом з ос­вітлювачем, демонструють зміну кута відбивання при зміні кута падіння.

Коли промінь падає перпен­дикулярно до поверхні дзеркала, то падаючий і відбитий промені зливаються. Роблять висновок, що для кута падіння, який до­рівнює нулю , кут відбивання також дорівнює нулю.

 

4.1.2. Хід променів і утворення зображення в дзеркальному перископі.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

Пояснюючи будову дзеркального перископа  та принцип його дії, доцільно показати хід променів у ньому за допомогою оптичної шайби Гартля. На шайбі закріплюють два плоских дзеркала як показано на рисунку.

Спрямовують на дзеркало два паралельні бічні промені, що йдуть від освітлювача. Внаслідок дворазового відбивання світлові промені зберігають своє взаємне положення. 

 

4.1.3. Відбивання світла від угнутого сферичного дзеркала.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

 

На оптичній шайбі закріплюють вгнуто-опукле дзеркало повернувши його вгнутою стороною до освітлювача. На дзеркало спрямовують у напрямі його радіусів три промені від освітлювача, як показано на рисунку.

Слід зауважити, що радіус кривизни дзеркала з комплекту деталей до приладу для вивчення законів геометричної оптики, більший від радіуса шайби, то щоб промені пройшли через оптичний центр дзеркала, його треба закріпити внизу шайби, для чого найпростіше використати лапку від лабораторного штатива.

Спостерігають, що падаючі промені, які приходять через оптичний центр дзеркала, відбиваються в тих самих прямих.

 

4.1.4. Відбивання світла від опуклого сферичного дзеркала.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

На оптичній шайбі закріплюють опукле дзеркало і на нього спрямовують середній та два крайні бічні світлові промені від освітлювача.

Як зображено на рисунку, у напрямі центра кривизни дзеркала промені відбиваються по тих самих прямих, оскільки вони перпендикулярні до елементів поверхні дзеркала.

Якщо світлові промені спрямувати паралельно до головної оптичної осі дзеркала, як це показано на рисунку, то промені відбиваються так, що продовження відбитих променів перетинатимуться в одній точці (уявному головному фокусі опуклого дзеркала).

 

 

4.1.5. Заломлення світла на межі двох середовищ.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

При переході світлового променя з одного оптичного середовища в інше (наприклад, з повітря в скло) на межі розділу цих середовищ відбувається його заломлення.

Демонструють це так. На шайбі Гартля закріплюють скляний півциліндр так, щоб його матова основа була повернута до поверхні шайби. На плоску бічну грань півциліндра спрямовують світловий промінь від освітлювача так, як показано на рисунку.

Спостерігають, що при переході світлового променя з повітря у скло на межі розділу цих середовищ відбувається його заломлення. При цьому підкреслюють, що в такому випадку кут падіння більший від кута заломлення (промінь поширюється з менш оптично густого середовища у більш оптично густе).

Якщо світловий промінь поширюється з більш оптично густого середовища у менш оптично густе, наприклад, із скла у повітря, то кут заломлення буде більшим від кута падіння, як це показано на рисунку.

4.1.6. Повне внутрішнє відбивання світла.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

На бічну циліндричну поверхню скляного півциліндра під деяким кутом   спрямовують світловий промінь від освітлювача.

При поступовому збільшенні кута падіння спостерігають, що заломлений промінь починає ковзати вздовж межі розділу середовищ скло – повітря (кут заломлення дорівнює 90⁰).

При подальшому збільшенні кута падіння заломлений промінь зникає і світло повністю відбивається всередину скла,  як це показано на рисунку.

Явище, що спостерігається в даному досліді, називається повним внутрішнім відбиванням світла.

 

7.    Хід променя крізь скляну плоско-паралельну пластинку.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

На оптичній шайбі закріплюють трапецеїдальну пластинку і на одну з її паралельних бічних граней спрямовують під деяким кутом світловий промінь від освітлювача, як зображено на рисунку. 

Спостерігають, що промінь, зазнавши дворазового заломлення, виходить з пластинки в напрямі, паралельному падаючому променю. Зміню­ючи кут падіння променя, спостерігають, що зміщення вихідного променя від падаючого збільшується із збільшенням кута падіння.

 

8.    Хід світлового променя крізь прямокутну призму.

Обладнання: шайба Гартля; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів оптики.

В багатьох оптичних приладах повне внутрішнє відбивання світла у рівнобедрених прямокутних призмах використовуються для зміни напряму, зміщення, чи одночасної зміни напряму і зміщення світлових променів.

На рисунку показано хід світлових променів крізь призму, яка застосовується для повертання променів на 90⁰. Спостерігають, що промені,  падаючи нормально на бічну грань призми, не заломлюються і йдуть далі на основу призми під кутом 45⁰, після чого зазнають повного внутрішнього відбивання, поширюючись нормально в напрямку іншої бічної грані і виходять у повітря без заломлення. Таким чином призма змінює напрямок поширення променів на 90⁰. Як показано на рисунку, на основу призми в перпен­дикулярному до неї напрямі спрямовують від освітлю­вача два промені, один з яких попередньо пропускають крізь червоний світлофільтр.

Зазнавши двічі повного внутрішнього відбивання від бічних граней призми, промені виходять з призми в напрямі, протилежному напряму падаючих променів, причому правий промінь стає лівим, і навпаки. Отже, призма змінює напрям променів і перевертає зображення.

Демонструючи хід променів від освітлювача, як показано на рисунку,

спостерігають, що промені, пройшовши крізь призму і повністю відбившись від основи, падають на другу бічну грань під кутом, меншим від граничного, і знову заломлюються. Промені виходять у повітря, змінивши свій напрям на деякий кут, причому верхній промінь стає нижнім, і навпаки. У даному випадку  призма перевер­тає зображення і змінює напрям променів на деякий кут, вели­чина якого залежить від кута падіння променів на бічну грань призми. Зокрема, якщо промені спрямувати на бічну грань паралельно основі призми, то їх напрям не зміниться.

 

 

9.    Оптичний центр і фокус лінзи.

Обладнання: прилад для вивчення законів геометричної оптики; освітлювач тіньової проекції; комплект деталей до приладу для вивчення законів геометричної оптики.

На підставці приладу для вивчення законів оптики встановлю­ють прямокутний екран і на ньому закріплюють збірну лінзу великих розмірів, як показано на рисунку.

За допомогою освітлювача спрямовують пучок паралельних променів в напрямі, перпендикулярному до площини лінзи. Промінь, що проходить через оптичний центр лінзи, відповідає напряму її головної оптичної вісі. Бічні промені від освітлювача заломлюються і перетинаються з головною оптичною віссю в точці, яка є головним фокусом лінзи.  Якщо паралельні промені від освітлювача спрямувати під кутом до головної оптичної осі, як це показано на рисунку,

 

то промені заломившись у лінзі проходять через точку, яка знаходиться у фокальній площині лінзи і називається побічним фокусом.

Якщо ж спрямувати пучок паралельних променів перпендикулярно площині розсіювальної лінзи, як це показано на рисунку,

то промені заломившись розходяться. А уявне продовження цих променів до перетину з головною оптичною віссю вказує на положення уявного фокуса розсіювальної лінзи.

 

4.2. Хвильова оптика.

4.2.1. Інтерференція світла від подвійної щілини Юнга.

 

Обладнання: лазер; оптична лава проекційного апарату ФОС – 115;  подвійна щілина Юнга; циліндрична лінза; розсіювальна лінза; екран.

Дослід проводять на установці, зображеній на рисунку (а).

Роль циліндричної лінзи може відігравати скляна паличка, закріплена за допомогою гвинтів на диск – ширму з набору по інтерференції та дифракції світла (рисунок (б)) і встановлюють на рейтер проекційного апарата ФОС – 115.

Подвійну щілину Юнга встановлюють на рейтері між циліндричною та розсіювальною  лінзами. Циліндрична короткофокусна лінза розширює та розтягує по висоті пучок світла від лазера. 

 

 

Інтерференційна картина являє чергування світлих і темних смуг.

 

4.2.2. Інтерференція світла у тонких плівках.

 

Обладнання: універсальний проекційний ліхтар; штатив з муфтою та лапкою; каркас для мильної плівки; стакан хімічний з мильним розчином; набір світлофільтрів; екран.

 

Установку для досліду збирають за схемою:

 

Тільки замість приладу «Кільця Ньютона» - КН кріпиться за допомогою штатива з муфтою і лапкою дротяний каркас так, як показано на рисунку.

Успішне проведення досліду залежить від якості розчину для отримання плівки. Існує декілька простих способів його приготування. Найбільш простим і доступними є розчини пральних порошків, крім порошків з малим піноутворенням. Міцність плівки залежить від концентрації розчину. Можна взяти 2-3 %-й розчин звичайного господарського мила. Рекомендується також використання 2,5 %-го розчину олеїнокислого натрію чи калію у дистильованій воді, підігрітої до 60 ⁰С.

Стакан з мильним розчином підносять знизу і занурюють каркас у нього. Після цього стакан прибирають і на каркасі утворюється плівка. Щоб не забруднити мильним розчином стіл під дротяний каркас підставляють низьку посудину.

Плавно переміщуючи об’єктив на екрані отримують чітке зображення плівки з яскраво кольоровими інтерференційними смугами, ширина яких поступово збільшується.

Слід зауважити, що зображення інтерференційної картини в мильній плівці, яке отримують на екрані, є перевернутим.

 

4.2.3. Дифракція світла на тонкій нитці.

Обладнання:  лазер; оптична лава; короткофокусна лінза; рамка з натягнутою вертикально ниткою (тонкою дротиною); екран.

Установку для демонстрації досліду зображено на рисунку.

 

На шляху пучка світла від лазера розташовують короткофокусну лінзу, після чого розширений пучок світла спрямовується на рамку з вертикально натягнутою тонкою ниткою або дротиною з діаметром 0,05 мм. При цьому на екрані утворюється чітка дифракційна картина, яка являє собою в центрі світлу смугу, по обидві сторони від якої спостерігається чергування темних та світлих смуг.

 

4.2.4. Дифракція світла від вузької щілини.

Обладнання:  лазер; оптична лава; короткофокусна лінза; розсувна щілина; екран.

Дифракцію від щілини можна спостерігати за допомогою установки, зображеної на рисунку.

На оптичній лаві розташовують лазер, короткофокусну лінзу, розсувну щілину. На відстані 1,5 м розташовують екран. Спрямовуючи розширений пучок світла від лазера на щілину, шляхом зміни ширини щілини досягають на екрані чіткої дифракційної картини.

 

4.2.5. Дифракція світла на непрозорій кульці та круглих отворах.

Обладнання:  лазер; оптична лава; лінза з фокусною відстанню 5 см; пластинка-діафрагма з круглими отворами з діаметром 0,5 та 0,75 мм; екран.

Для демонстрації плями Пуассона в якості круглих об’єктів, на яких відбувається дифракція лазерного випромінювання використовуються кульки з діаметром 2 мм. Кульку попередньо наклеюють на поверхню лінзи з фокусною відстанню 5 см.

Збільшена дифракційна картина спостерігається на екрані, розташованому на відстані 4м від лінзи. В цьому випадку діаметр області геометричної тіні на екрані дорівнює 25 см, а плями Пуассона в її центрі – 25 мм. За межами області геометричної тіні розташовуються зовнішні дифракційні кільця. Якість дифракційної картини залежить від ступеня юстування оптичної схеми.

Для спостереження дифракції на круглих отворах на шляху світлового пучка від лазера вводяться почергово металеві пластинки-діафрагми з круглими отворами діаметром 0,5 і 0,75 мм. Екран для спостереження дифракційної картини розташовується перпендикулярно вісі отвору діафрагми на відстані 4 м від неї. Якість дифракційної картини залежить від ступеня юстування оптичної схеми.

Картина дифракції від малого отвору має такий вигляд.

 

4.2.6. Отримання дифракційного спектру.

а) Обладнання: універсальний проекційний ліхтар; набір з інтерференції і дифракції світла; набір дифракційних решіток з різними періодами; набір світлофільтрів; екран.  

Для отримання дифракційного спектру збирають установку, зображену на рисунку.

Вертикальну розсувну щілину шириною 0,5-1 мм з допомогою об’єктива проектують на екран. Потім за об’єктивом встановлюють дифракційну решітку. На екрані отримують дифракційну картину, яка складається з білої смуги в центрі (центральний максимум). По обидва боки від центральної білої смуги утворюються дифракційні спектри першого, другого і третього порядку.

В кожній бічній світлій смузі розташовуються смуги, колір яких поступово і неперервно змінюється від фіолетового до червоного.

Для демонстрації дифракційних спектрів в монохроматичному світлі перед щілиною встановлюють червоний або синій світлофільтри. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1.            Миргородський Б.Ю., Шабаль В.К. Демонстраційний експеримент з фізики. Коливання і хвилі: Посібник для вчителів.- К.: Рад. школа, 1985.- 168 с.
2.            Шпрокхоф Георг.Эксперимент по курсу элементарной физики. Электричество / Пер. с нем. А.П. Ломана; под ред. П.А. Знаменского и П.А. Рымкевича.- М.: Учпедгиз, 1961.- Ч. 4.- 266 с.
3.            Фізичний експеримент у середній школі. Механіка твердих тіл, рідин і газів / За заг. ред. В.І. Масловського, Б.Ю. Миргородського.- К.: Рад. школа, 1964.- Т. 1.- 465 с.
4.            Лекционные демонстрации по физике / Под ред. А.Б. Млодзеевского.- Вып. 2.- Грабовский М.А. Механика жидкостей и газов.- М.- Л.: ОГИЗ «Гостехиздат», 1948.- 162 с.
5.            Демонстрационные опыты по молекулярной физике и теплоте / Под ред. А.А. Покровского.- М.: Учпедгиз, 1960.- 174 с.
6.            Лекционные демонстрации по физике. Вып. 4.- Млодзеевский А.Б. Оптика.- М.- Л.: Гостехиздат, 1949.- 101 с.
7.            Физический эксперимент в средней школе: Клебания и волны. Квантовая физика / Н.М. Шахмаев, Н.И. Павлов, В.И. Тыщук.- М.: Просвещение, 1991.- 223 с.
8.            Миргородский Б.Ю., Шабаль В.К. Демонстрационный эксперимент по физике. Электродинамика: Пособие для учителей.- К.: Рад. школа, 1983.- 176 с.
9.            Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы: Электричество. Оптика Физика атома: Пособие для учителей / Под ред. А.А. Покровского.- М.: Просвещение, 1972.- Т. 2.- Изд-е 2-е.- 448 с.
10.       Лекционные демонстрации по физике: Магнетизм / Грабовский М.А.; Под ред. А.Б. Млодзеевского.- М.- Л.: Гостехиздат, 1949.- 268 с.
11.       Миргородський Б.Ю., Шабаль В.К. Демонстраційний експеримент з фізики. Молекулярна фізика: Посібник для вчителів.- К.: Рад. школа, 1982.- 140 с.
12.       Грабовский М.А., Млодзеевский А.Б., Телеснин Р.В., Шаскольская М.П., Яковлев И.Я. Лекционные демонстрации по физике.- М.: Наука, 1972.- Изд. 2.- 642 с.
13.       Бондаровський М.М., Масловський В.І., Миргородський Б.Ю., Шабаль В.К. Фізичний експеримент у середній школі. Електромагнітні коливання і хвилі. Оптика. Будова атома / За заг. ред. В.І. Масловського і Б.Ю. Миргородського.- К.: Рад. школа, 1968.- Т. 4.- 336 с.
14.       Грабовский М.А., Млодзеевский А.Б., Телеснин Р.В., Шаскольская М.П., Яковлев И.Я. Лекционные демонстрации по физике / Под ред. В.И. Ивероновой.- М.: Наука, 1972.- Изд. 2.- 642 с.
15.       Физический эксперимент в школе / Сборник статей; составитель Д.М. Мур.- М.: Учпедгиз, 1963.- 170 с.
16.       Шульга М.С. Методика і техніка демонстраційних дослідів з фізики у восьмирічній школі.- К.: Рад. школа, 1964.- 204 с.
17.       Буров В.А., Зворыкин Б.С., Кузьмин А.П., Покровский А.А., Румянцев И.М. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы: Электричество. Оптика. Физика атома: Пособие для учителей / Под ред. А.А. Покровского.- М.: Просвещение, 1972.- Т. 2.- Изд-е 2-е.- 448 с.
18.       Огородников Г.Ф., Башкатов М.Н., Попов И.В., Ростовцев Н.М. Демонстрационные опыты по оптике и строению атома.- М.: Просвещение, 1967.- 176 с.