Збірка демонстрацій для 7-8-х класів "Зроби цікавим кожен урок"

Зміст

І. Передмова ………………………………………………………………………3

 

ІІ. Досліди згідно програми у 7-8-х  класах ……………………………………4

 

ІІІ. Взаємодія тіл. Тиск рідин і газів …………………………………………...5

1. Міцна склянка ……………………………………………………..………5
2. «Неслухняний» корок і пляшка ………………………………………….7
3. «Чарівна кулька» ………………………………………………………..8
4. «Склянка, тарілка і монета» ………………………………………..10
5. «Яйце і посудина з вузьким отвором» …………………………………12
6. Дві склянки або магдебурзькі півкулі …………………………………..14
7. Перевернута склянка з водою …………………………………….…….16
8. Водяний стовп і дві склянки ……………………………………….…...17
9. Чарівна картоплина ………………………………….……………….…19
10.  Стовп рідини …………………………………………………………….21
11.  «Слухняна» пробірка (картезіанський водолаз) ……………………..23
12.  Водяний свічник …………………………………………………………25
13.  Кювета з водою і гиря …………………………………………………..27
14.  Збирання олії з поверхні води …………………………………………..28

 

ІV. Робота й енергія …………………………………………………..……..….30

15. Круг, що котиться під гірку ……………………………….....................30
16.  Пляшка, кільце з корка і шпиця ………………………………..………32
17.  Дві пляшки на перегонах ………………………………………..………34

 

V. Кількість теплоти …………………………………………………………..36

18. Хустинка, що не згоряє …………………………………………….……36

19. Дріт, що плавить лід ……………………………………………………37

20. Ложка, що примерзає ……………………………………………………39

21. Сплющена металева банка ……………………………………………..41

22. Кипіння води у паперовій посудині ……………………….…………….43

23. «Кипіння» у склянці води ………………………………………….…….44

 

VІ. Відповіді на запитання …………………………………………….……….46

 

VІІ. Література ………………………………………………………….………55

 

 

                                         Передмова

До збірника увійшли 23 демонстрацій з механіки твердого, рідкого і газоподібного тіл та тепло механіки. Кожна демонстрація супроводжується фотографіями, описом самого досліду, запитаннями до нього та творчим завданням до нього, яке може стати початком наукової діяльності учнів. Оскільки демонстрації ілюструють багато фізичних законів і явищ, у поясненнях робилися акценти на ті, прояви яких найвиразніші. В поясненні явищ, де це можливо, я намагався не застосовувати математику, вважаючи, що головне на даному етапі — зацікавити читача самим фізичним явищем, а у творчому завданні учню дається можливість, в залежності від його підготовки, самостійно побудувати фізичну модель явища і описати її математично.

У збірнику підібрані демонстрації, які викликають в учнів здивування і зацікавленість. Під час демонстрації у них виникає питання «чому», яке можна вважати першим кроком до розуміння фізичного явища. Більшість демонстрацій не потребують спеціального обладнання, і деякі з них можна виконати вдома чи фронтально в класі. Значна кількість демонстрацій може бути запропонована учням під час підготовки до фізичної олімпіади або вікторини.

Враховуючи, що авторство багатьох демонстрацій встановити важко (деякі з них дійшли до нас із часів давньої Греції), у кінці подається неповний список

літератури, з якої мною бралася інформація.

Досліди згідно програми у 7-8-х  класах

Тема програми	Номер досліду
Інерція, інертність Тиск газу Атмосферний тиск Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Умови плавання тіл Енергія. Закон збереження та перетворення енергії Горіння Плавлення та кристалізація Випаровування та конденсація Кипіння	1 2 3, - 8   9 – 14 15 – 17 18 19, 20 21 22, 23

Взаємодія тіл. Тиск рідин і газів

1. Міцна склянка

Завдання

Встановіть прозорий захисний екран.

На гранчасту склянку покладіть дошку, а на неї поставте важку гирю. Вдарте по гирі зверху невеликим молотком. Склянка не розіб'ється.

Примітка

Склянка не повинна мати тріщин.

Запитання

1. Чому склянка не розбилася, невже гиря зробила її міцнішою?

2. Яке співвідношення мас гирі та молотка є бажаним у цьому досліді?

3. Чи відчуємо ми удар молотка, якщо взяти в руку гирю і нанести удар по ній молотком?

4. На що в цьому досліді витрачається енергія удару?

Пояснення явища

Склянка не стала міцнішою. Під час удару молоток передає гирі імпульс Якщо маса гирі буде значно більшою за масу молотка, то швидкість гирі буде малою. Кінетична енергія гирі також буде малою, і її не вистачить, щоби виконати роботу руйнування стінок склянки.

2. «Неслухняний» корок і пляшка

Завдання

Розмістіть у шийці пляшки корок, який за діаметром менший, ніж діаметр шийки.

Необхідно вдути корок у пляшку.

Примітка

Пляшка і корок повинні бути сухими. Пляшку треба тримати тільки в горизонтальному положенні.

Здається, нема нічого складного в цьому завданні, але чим сильніше ви будете дути, тим з більшою швидкістю вилітатиме корок. Виконати це завдання вам допоможе маленька трубка, яку можна зробити з папірця. Якщо цю трубку поставити навпроти корка і подути, корок влетить у пляшку, а ви можете полегшено зітхнути — для вас не існує перешкод!

Запитання

1. Чому корок вилітає з пляшки?

2. Чи залетить корок у пляшку, якщо втягувати повітря в себе? Чому?

Пояснення явища

Як тільки ви подуєте на корок, тиск повітря у пляшці зросте, і воно виштовхне корок із пляшки.

3. «Чарівна кулька»

Завдання

Для проведення досліду необхідно мати скляну банку на 3 літри, кришку до неї з поліетилену, скляну трубку (діаметр 3-5 мм, довжина 10-15см), гумову кульку, нитки і шматок пластиліну.

Нагрійте кінець скляної трубки над полум’ям спиртівки і зробіть у кришці два отвори: один — у центрі, а другий — скраю. Прив'яжіть гумову кульку до одного кінця трубки, а інший вставте у кришку. Шматочком пластиліну закрийте всі щілини між трубкою і кришкою. Закрийте банку кришкою. Надуйте кульку через трубку і пальцем закрийте другий отвір. Кулька не буде роздуватися! Як тільки ви відкриєте отвір, кулька роздується.

Пояснення явища

Під час надування кульки частина повітря вийшла з банки через отвір. При спробі кульки здутися, об'єм кульки зменшується,

а об'єм повітря в банці збільшується. Це призводить до зменшення тиску повітря в банці. Сила різниці тисків (атмосферного в кульці і повітря в банці) стає рівною силі пружності гумової кульки. Кулька перестає здуватись.

Увага

Будьте обережні під час нагрівання скляної трубки! Скло довго охолоджується.

Запитання

1. Який тиск у середині кульки?
2. Який тиск у банці під час надування кульки і після того, як другий отвір закрили пальцем, а отвір кульки залишили відкритим?
3. Чи змінився об’єм кульки після того, як ви її надули і закрили пальцем другий отвір?
4. Чому не роздувається кулька?

4. «Склянка, тарілка і монета»

Завдання

Дістати монету, що лежить на дні тарілки з водою, не замочивши пальців рук, за допомогою склянки, сірників і аркуша паперу. (Води в тарілці повинно бути менше, ніж півсклянки).

Умова

Воду з тарілки виливати не можна.

Щоб виконати завдання, треба зім'яти аркуш паперу, підпалити його і покласти у склянку. Дати час паперу розгорітися. Швидко перевернути склянку і поставити її в тарілку з водою поряд із монетою. Вода потрапить до склянки. Із посмішкою переможця на обличчі взяти монету.

Запитання

1. Чому вода потрапляє до склянки?
2. Який тиск буде мати газ у склянці після того, як він охолоне?
3. Що станеться, якщо на склянку покласти шматок льону?

Пояснення явища

Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Вода під дією сили різниці тисків потра­пить до склянки.

5. «Яйце і посудина з вузьким отвором»

Завдання

Відварене очищене куряче яйце необхідно розмістити всередині посудини з вузьким отвором. Яйце повинно залишитись цілим.

Примітка

Діаметр отвору посудини повинен бути трохи меншим за розміри яйця.

Один з можливих розв'язків завдання показано на малюнку. Зім’ятий аркуш паперу необхідно підпалити і проштовхнути через отвір в посудину. Як тільки аркуш згасне, закрити отвір яйцем вузьким кінцем донизу. Яйце буде втягнуто всередину посудини!

Запитання

1. Чому аркуш паперу гасне в посудині?
2. Чому яйце втягується всередину посудини?
3. Яким ще способом яйце може потрапити в посудину?

Пояснення явища

Гази всередині посудини будуть охолоджуватись, тиск - зменшу­ватиметься. Завдяки різниці тисків яйце буде втягнуте всередину посудини.

 

 

 

 

6. Дві склянки або магдебурзькі півкулі

Завдання

Перед тим, як робити демонстрацію, кільцеву прокладку, зроблену з 4-5 шарів газетного паперу, треба змочити водою, щоб вона стала вогкою. Встановіть свічку у склянку і покладіть прокладку, як показано на малюнку. Підпаліть свічку і повільно закрийте її другою склянкою так, щоби вінці склянок збіглись. Притисніть склянки одна до одної. Через деякий час ви побачите, що склянки «склеїлися».

Запитання

1. Чому склянки «склеїлися»?

2. Навіщо потрібна прокладка з 4-5 шарів вогкого газетного паперу?

3. Для чого використовують у цьому досліді свічку?

4. Чому свічка гасне?

5. Чому склянки треба притиснути одна до одної після того, як згасне свічка?

Пояснення явища

Теплі гази, які утворюються під час горіння свічки, заповнюють обидві склянки. Після згасання свічки гази починають охолоджуватись, водяна пара частково конденсується на внутрішній поверхні склянок. Все це приводить до зменшення тиску всередині склянок. Зовні атмосферний тиск не змінюється. Сила різниці тисків міцно притискає склянки одну до одної.

7. Перевернута склянка з водою

Завдання

Склянку, заповнену на 2/3 водою, накриваємо аркушем учнівського зошита. Притискуючи аркуш до вінця склянки, швидко перевертаємо її догори дном. Повільно забираємо руку, що підтримувала аркуш, і бачимо, що вода не виливається зі склянки.

Запитання

1. Чому вода не виливається зі склянки?

2. Як зміниться час утримання води у склянці, якщо воду кімнатної температури замінити на гарячу?

3. Чи можна в цьому досліді використовувати замість аркуша з учнівського зошита дзеркало?

4. Чи буде виливатися вода зі склянки, якщо зробити в аркуші голкою маленький отвір?

5. Що зміниться, якщо аркуш перед початком досліду намочити?

Пояснення явища

Під час притискання долонею аркуша до вінця склянки ми мимо­волі втискуємо його у склянку. Коли склянку перевернуто і рука не підтримує аркуш, вода під дією сили тяжіння намагається виштовхну­ти лист, збільшуючи його радіус кривизни. Об'єм середовища, що зна­ходиться у склянці, збільшується. Об'єм води залишається сталим, отже, збільшується об'єм повітря у склянці. Це спричиняє зменшення його тиску. Завдяки цьому виникає сила різниці тисків атмосферного повітря і повітря у склянці, яка притискає аркуш до вінців і тримає стовп води.

8. Водяний стовп і дві склянки

Завдання

Дві склянки заповнюють майже по вінця водою. Одну з них закривають аркушем паперу і, підтримуючи долонею аркуш, перевертають догори дном. Обережно встановлюють на другу склянку і, підтримуючи склянки, витя­гують аркуш. На здивування оточуючих, вода залишається у склянках.

Запитання

1. Чому вода не виливається зі склянок?

2.  Що станеться, якщо підігрівати склянки?

3. Що станеться, якщо тиск оточуючого повітря буде зменшуватись?

4. Чи можна розташувати аркуш паперу знову між склянками?

5.  Що станеться, якщо цей дослід провести з пластмасовими склянками, а в дні верхньої склянки зробити маленький отвір?

Пояснення явища

Коли ми перевернули склянку з аркушем догори дном, тиск повітря у склянці став меншим за атмосферний тиск. При витягуванні аркуша повітря з нижньої склянки потрапляє до верхньої склянки. Тиск повітря зростає, але залишається меншим за атмосферний. Вода не може вилитися завдяки різ-ниці тисків — атмосферного і всередині склянок.

 

9. Чарівна картоплина

Завдання

Опустіть картоплину у скляну посудину, наполовину заповнену водою. Картопля плаває на поверхні. Підливайте обережно воду через лійку по стінці посудини, доки вона не заповниться. На здивування глядачів, картопля залишиться майже на попередньому рівні.

Запитання

1. Чому спочатку картоплина плавала на поверхні, адже відомо, що у прісній воді вона тоне?

2. Чому картоплина залишилася майже на попередньому рівні після того, як долили води?

3. Чому воду треба було доливати обережно по стінці посудини?

4. Чому картоплина відносно банки трохи піднялась?

Пояснення явища

Картопля у прісній воді тоне, а в солоній — спливає, тому можна зробити висновок, що в посудині спочатку була солона вода, густина якої більша, ніж прісної води, а потім доливали прісну воду. Відносно рівня солоної води картоплина трохи спливе.

Примітка

Для демонстрації розчин солі зробіть перенасиченим, а потім добре профіль-труйте, щоб прозо-рість його і прісної води не відрізнялись.

10. Стовп рідини

Виконання досліду

Цей дослід краще демонструвати після вивчення теми «Тиск рідини» і на початку демонстрації не повідомляти, які рідини знаходяться в пробірках. Для виконання досліду потрібні скляна трубка і дві пробірки, одна з яких заповнена водою, а інша — розчином солі. Рівні рідин у пробірках мають бути однакові.

Занурте трубку в пробірку з водою і пальцем закрийте її отвір. Витягніть трубку з пробірки з водою і занурте в пробірку з розчином солі так, щоб рівні води в трубці і пробірці з розчином солі були однакові. Спостерігачам буде здаватися, що ви таким чином зрівняли тиски рідин знизу трубки. Але як тільки ви відкриєте отвір трубки, рівень води в трубці стане вищим за рівень розчину солі.

Пояснення явища

Тиск рідини залежить не лише від висоти її стовпа, а й від її густини        (р =ρgh ). Густина розчину солі більша за густину прісної води, тому коли відкрити отвір трубки, розчин солі частково заходить у трубку, піднімаючи рівень води в ній.

Запитання

1. Чому рівень води в трубці став вищим?

11. «Слухняна» пробірка (картезіанський водолаз)

Завдання

У прозору пластмасову пляшку (1-2 л) наберіть води. Скляну пробірку діаметром 10-15 мм і висотою 10-15 см заповніть на 1/2 водою. Закрийте пальцем пробірку, переверніть догори дном і опустіть її у пляшку. Пробірка повинна плавати. Закрийте міцно пляшку пробкою. Стискаючи пляшку, накажіть: «Пробірко, тони!» На здивування, пробірка «слухається» і тоне. Знову наказ — і пробірка вже спливає або зупиняється.

Запитання

1. Що стається з об'ємом повітря у пробірці під час стискання пляшки?

2. За якої умови пробірка не рухається?

3. Звідки береться енергія, необхідна для початку руху пробірки?

Пояснення явища

Під час стискання пляшки в ній підвищується тиск. Об'єм бульбашки повітря, що знаходиться у пробірці, зменшується.

Виштовхувальна сила Архімеда стає меншою за силу тяжіння, і пробірка тоне. Змінюючи тиск у пляшці, можна досягти ситуації, коли пробірка не буде рухатись, перебуваючи посередині пляшки.

12. Водяний свічник

Завдання

Візьміть свічку. Закріпіть знизу до неї невеликий тягарець і опустіть у скляну посудину з водою. Свічка повинна плавати, як поплавець, виступаючи над водою.

Запитання

1. Які умови плавання тіла?

2. Чому з тягарцем свічка плаває вертикально, а без нього — горизонтально?

3. Як довго горітиме свічка?

4. Як змінюється рівень води у посудині під час горіння свічки?

Пояснення явища

Свічка горітиме недовго, але вона згорить майже до кінця. У процесі горіння поступово зменшується сила тяжіння, що діє на свічку. Для рівноваги свічки виштовхувальна сила, що діє на неї, повинна зменшуватися, а це можливо тільки за умови піднімання свічки.

 

13. Кювета з водою і гиря

Завдання

Кювету з водою зрівноважити на бруску. На поверхню води обе­режно пустити плавати коробку, в якій міститься гиря.

Запитання

1. Чи порушиться рівновага кювети, якщо коробку переміщувати по поверхні води або тиснути на неї рукою?

2. Чи порушиться рівновага кювети, якщо вийняти гирю і поставити її на дно кювети?

3. Як зміниться рівень води в кюветі, якщо коробка разом з гирею потоне?

Пояснення явища

Коробка з гирею, що плаває, важить стільки ж, скільки й вода, витіснена нею, тому, коли коробка переміщується, то її місце займає вода, рівновага не порушується. Якщо гиря міститься на дні кювети, то вага витісненої нею води не дорівнює її вазі. У цьому випадку набли-ження чи віддалення гирі від осі змінює момент ваги гирі відносно цієї осі, і рівновага кювети порушиться.

 

14. Збирання олії з поверхні води

Завдання

Візьміть склянку, заповнену на 2/3 водою. Вилийте на поверхню води пів пробірки соняшникової олії.

Необхідно зібрати олію назад у пробірку, не торкаючись склянки.

Багатьом здається, що виконати це завдання неможливо, але, якщо знати закони фізики, зробити це не важко.

Необхідно набрати у пробірку води, закрити її пальцем, перевернути і опустити у склянку догори дном, підвести вінець пробірки до поверхні води. Олія буде спливати, заповнюючи пробірку!

Запитання

1. Чому спливає олія?

2. Чому олія спливає у вигляді кульок?

3. Чому не виливається вода з пробірки?

4. Де можна використати це фізичне явище?

Пояснення явища

Густина олії менша за густину води, тому виштовхувальна сила, яка діє на неї, більша за силу тяжіння. Дія сил поверхневого натягу спричиняє підйом олії у вигляді кульок.

 

 

Робота й енергія

15. Круг, що котиться під гірку

Завдання

Зробіть обруч із картону діаметром 20-30 см і заклейте його з обох боків цупким папером. Усередині обруча прикріпіть тягарець масою т. Тепер він може котитися вгору похилою площиною! Якщо ви не розкажете спосте­рігачам про тягарець, для них це буде дивом.

Запитання

1. Чому круг котиться вгору по похилій площині?

2. Де буде розташовуватися тягарець т, коли рух вгору припиниться?

3. Чи покотиться донизу круг після того, як рух вгору припинився?

4. Де потенціальна енергія круга більша: на початку руху чи коли він піднявся по похилій площині?

Пояснення явища

На початку руху обруча тягарець перебуває у верхньому положенні. Під час руху круга похилою площиною центр мас переміщується вниз відносно вертикалі. Отже, сила тяжіння виконує роботу, яка йде на надання кругу кінетичної енергії поступального і обертального рухів.

 

16. Пляшка, кільце з корка і шпиця

Завдання

Пляшку заповнити наполовину водою. На поверхню води покласти кільце з корка. Пляшку закрити пробкою зі шпицею, як зображено на фотографії. Довжину шпиці треба підібрати так, щоб один її кінець був занурений на 0,5-1 см у воду. Кільце повинно плавати поряд зі шпицею.

Зробити так, щоб шпиця опинилась у кільці.

Виконання цього завдання вимагає знання фізики. Треба примусити воду обертатися, тоді на її поверхні утвориться лійкоподібне заглиблення, в яке опуститься кільце. Із часом швидкість обертання води зменшиться, заглиблення зникне, і шпиця потрапить у кільце.

Запитання

1. Чому на поверхні води утворюється лійкоподібне заглиблення?

2. Чому з часом швидкість обертання води зменшується?

Пояснення явища

Під час обертання води на неї діють доцентрові сили. Намагаючись рухатися прямо­лінійно, вода натрапляє на своєму шляху на стінку пляшки. При цьому кінетична енергія руху перетворюється в потенціальну енергію піднятого тіла. Тиск стінки примушує воду рухатися по колу.

 

 

 

17. Дві пляшки на перегонах

Завдання

Візьміть дві однакові прозорі пластмасові пляшки. Одну з них заповніть водою, а другу — піском зі шматочками пінопласту. Маси пляшок повинні бути однаковими.

Встановіть їх на похилу площину так, щоби пляшка з піском була знизу. Відпустіть їх — пляшки рухатимуться разом. Поміняйте пляшки місцями. Пляшка з водою випереджатиме пляшку з піском.

Запитання

1. Яку енергію має пляшка на старті відносно фінішу?

2. Які види енергії має пляшка під час руху?

3. У якому випадку швидкість пляшки з піском буде більшою?

4. Чому пляшка з водою має більшу швидкість, ніж пляшка з піском?

Пояснення явища

Під час скочування пляшки з водою обертається тільки тонкий шар води, що прилягає до стінок, тому потенціальна енергія цієї пляшки майже повністю перетворюється на кінетичну енергію поступального руху. У випадку пляшки з піском значна частина потенціальної енергії перетворюється у кінетичну енергію обертального руху, бо пляшка обертається з піском як одне ціле, тому швидкість поступального руху пляшки з водою більша.

Кількість теплоти

18. Хустинка, що не згоряє

Завдання

Для проведення цього досліду треба змочити хустинку водою і віджати її. Покладіть хустинку на кільце штатива і облийте її спиртом (одеколоном). Запаліть сірник і піднесіть його знизу до хустинки. Хустинка запалає, але, на диво, вона не згорить!

Увага!

Посудину зі спиртом треба відста­вити якомога далі від штатива.

Запитання

1. Чому сірник треба підносити знизу?

2. Чому хустинка не згоріла?

3. Як загасити хустинку?

4. Чому спирт, бензин, одеколон не можна гасити водою?

Пояснення явища

Теплота, що виділяється під час горіння спирту, йде на випаровування води хустинки. Кількості спирту недостатньо, щоб випарувати всю воду (питома теплота пароутворення і теплоємність води дуже великі), а тому хустинка не згорить.

 

 

 

19. Дріт, що плавить лід

Завдання

Заморозьте повну пластмасову пляшку води. Далі необхідно зрізати половину пляшки, щоб лід став відкритим. Розмістіть пляшку на столі і закріпить її, як зображено на малюнку. Підвісьте на дроті діаметром 0,3 мм гирю масою 5 кг. Через 5 хв ви побачите, що дріт трохи вплавився в лід, але зняти його неможливо, бо вода над дротом знову замерзла! Якщо ви зачекаєте 30-40 хви­лин, то побачите, що дріт повністю про­плавить лід, але не відріже його.

Запитання

1. Чому лід під дротом плавиться?

2. Чому вода над дротом замерзає?

3. Чому лід майже не плавиться, якщо замінити металевий дріт на капронову нитку такого ж діаметра?

4. Де у природі плавиться лід під високим тиском?

Пояснення явища

Під тиском дроту відбувається плавлення льоду. Процес танення льоду пов'язаний з поглинанням тепла, яке забирається від навколишнього середовища, в тому числі й від води над дротом. Це призводить до того, що вода над дротом замерзає.

 

 

20. Ложка, що примерзає

Завдання

Скляну пластину покласти на термоізолюючу прокладку (хустку, складену кілька разів). Потовкти лід або сніг і засипати його в столову ложку. На пластину накапати кілька крапель води і покласти ложку. На лід (сніг) насипати чайну ложку кухонної солі. Через кілька хвилин ложку можна підняти за держак. Скляна пластина підніметься разом із нею!

Примітка

Треба стежити, щоби сіль не потрапила у воду між ложкою і пластиною.

Запитання

1. Навіщо на лід (сніг) насипали чайну ложку кухонної солі?

2. Навіщо використовували теплоізолюючу прокладку?

3. Що станеться, якщо замінити скляну пластину на металеву?

4. Чому ложка примерзає до скляної пластини?

Пояснення явища

Для плавлення льоду (снігу) необхідна кількість тепла, яка береться з самої суміші і навколишнього середовища. Температура суміші знижується, і ложка примерзає до скляної пластинки.

 

21. Сплющена металева банка

Завдання

В алюмінієвій банці ємкістю 0,5 л, в якій продають газовану воду, зробіть за допомогою свердла отвір діаметром 2-3 мм. Злийте через отвір газовану воду у склянку, залишивши в банці трохи води. Далі поставте банку на спиртівку. Після того, як вода в банці закипить, зніміть її з плитки і закрийте отвір корком. Через деякий час банка почне сплющуватися зі страшним скреготом.

Увага!

Будьте обережні з вогнем і гарячою банкою!

Запитання

1. Чому банка сплющилась?

2. Навіщо було чекати кипіння води?

3.  Чому, щоби краще пройшов дослід,

треба хвилинку почекати під час кипіння води?

4. Чи можна повернути банці попередню форму?

Пояснення явища

Під час нагрівання і кипіння води майже все повітря з банки було витіснене водяною парою. Після того, як банку зняли зі спиртівки і отвір закрили корком, водяна пара почала охолоджу-ватись і конден­суватись. Тиск у банці значно зменшився, і сила різниці тисків сплющила банку.

 

 

22. Кипіння води у паперовій посудині

Завдання

З аркуша паперу зробіть посудину, як зображено на малюнку Щоб вона не розпалася, скріпіть її скобками або нит­ками. Наберіть у посудину небагато води і встановіть її на кільце над спир­тівкою. Через деякий час ви побачите, що вода закипіла, а паперова посудина залишилася цілою!

Увага!

Будьте обережні з вогнем!

Запитання

1. Чому посудина, виготовлена з паперу, не горить, якщо вона з водою?

2. Чи загориться паперова посудина, якщо всередині її розмістити скляну посудину з водою? Вважати, що скло і папір щільно прилягають одне до одного.

3. Чи можна у паперовій посудині розплавити олово?

Пояснення явища

Вода, маючи велику теплоємність і гарну теплопро-відність, швидко відбирає від паперу енергію, тому папір має температуру, не набагато вищу, ніж вода. Температура кипіння води 100 °С (за нормального тиску), а для загоряння паперу необхідна температура вища за 400 °С, тому папір залишиться цілим.

23. «Кипіння» у склянці води

Завдання

Заповніть склянку на 3/4 водою, накрийте її носовою хустинкою. Кінці ху­стинки стягніть донизу так, щоби вона щільно прилягала до склянки. Протис­ніть центр хустинки так, щоби вона торкалася води, як зображено на малюнку. Швидко переверніть склянку догори дном. Вода не виливається і зберігаєть­ся увігнута форма хустинки. Міцно тримаючи склянку з хустинкою, натягніть один із її кінців. Ви побачите, що вода «закипіла»!

Запитання

1. Чому вода не виливається крізь хустинку?

2.  Чому зберігається увігнута форма хустинки?

3. Чому вода «закипіла»?

4. Чи втримається хустинка на склянці, якщо її відпустити на початку досліду і після того, як вода «закипіла»?

Пояснення явища

При натягуванні хустинки вода опуститься вниз. Це приведе до того, що у верхній частині склянки тиск повітря зменшиться, а тиск повітря навколо склянки залишається атмосферним. Під дією сили різниці тисків повітря проникає через хустинку у вигляді бульбашок. Це нагадує кипіння води.

Відповіді на запитання

1. Міцна склянка

1. Склянка не стала міцнішою. За законом збереження імпульсу, швидкість гирі після удару мала, тому що маса її набагато більша за масу молотка. Кінетичної енергії гирі не вистачає, щоб зруйнувати склянку.

2. Чим більша маса гирі по відношенню до маси молотка, тим краще. Склянка може витримати вантаж масою більше 100 кг.

3. Майже не відчуємо. В цирку можна побачити такий номер. На артиста кладуть велику плиту, і на ній два асистенти починають потужно розбивати молотами великі камені. Чим більша (за масою) плита і камені, тим менше відчуває удари артист.

4. Найбільша частина енергії удару йде на пружну деформацію гирі й молотка.

2. Неслухняний корок і пляшка

1. Як тільки ви подуєте на корок, тиск у пляшці зросте, і воно виштовхне корок із пляшки.

2. Ні.

3. Чарівна кулька

1. Після того, як кульку надули і відкрили її отвір, тиск дорівнюватиме

атмосферному.

2. Якщо кульку надували повільно, тиск у банці дорівнював майже атмосферному або був дещо більшим за нього. Після того, як другий отвір закрили, а отвір кульки відкрили, тиск у банці стане меншим за атмосферний.

3. Так. Об'єм кульки став трохи меншим, тому що діє сила пружності гуми, з якої зроблена кулька.

4. Тому, що сила різниці тисків (атмосферного в кульці і повітря в банці) стає рівною силі пружності гумової кульки, кулька перестає здуватись.

 

 

4. Склянка, тарілка і монета

1. Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Вода під дією сили різниці тисків потрапить до склянки.

2. Тиск газу в склянці дорівнюватиме різниці атмосферного тиску і тиску водяного стовпа у склянці.

3. Газ охолоне, що спричинить зменшення тиску. До склянки потраплятимуть. бульбашки повітря.

5. Яйце і посудина з вузьким отвором

1. Під час горіння аркуша паперу витрачається кисень, який є у повітрі посудини. Як тільки його концентрація стає недостатньою для горіння, воно припиняється.

2. Тиск газу під час його охолодження зменшується, а зовні залишається атмосферним. Яйце під дією сили різниці тисків потрапляє в посудину.

3. Можна закрити посудину яйцем і поставити її в морозильну камеру або в барокамеру.

4. Яйце, на відміну від картоплі, гарно закриває отвір, а головне - воно еластичне. Щоб пройти через вузький отвір, яйце повинне на деякий час на­бути його форми.

6. Дві склянки або магдебурзькі півкулі

1. Як тільки свічка загасла, гази починають охолоджуватись. Тиск усере­дині склянок зменшується. Зовні атмосферний тиск не змінюється. Сила різ­ниці тисків міцно притискає склянки одна до одної.

2. Прокладка в цьому досліді необхідна для того, щоб атмосферне повітря не потрапило у склянки.

3. Свічка повинна прогріти повітря і утворити гарячі гази.

4. Кисень, потрібний для горіння свічки, вигорів, а ззовні він не потрапляє.

5. Якщо склянки не притискати одну до одної, атмосферне повітря може потрапити в них через щілини у місцях контакту склянок з прокладкою. Тиск зовні і всередині склянок зрівняється, і вони не «склеяться».

7. Перевернута склянка з водою

1. Вода не виливається завдяки дії сили різниці тисків атмосферного повітря і повітря у склянці.

2. Час утримання води у склянці різко зменшиться. Це пов'язано з тим, що повітря над водою швидко прогрівається і його тиск зростає.

3. Ні, тому що не утворюється увігнута поверхня, яка діє немов мембрана, створюючи менший за атмосферний тиск повітря у склянці.

4. Ні, тому що діють сила різниці тисків і поверхневого натягу.

5. Демонстрація з таким аркушем буде невдалою. Вода діє як мастило для частинок паперу, і зчеплення між ними стає меншим. Аркуш втрачає свою пружність і міцність.

8. Водяний стовп і дві склянки

1. Вода не може вилитися завдяки різниці тисків, атмосферного і в сере­дині склянок.

2. Спочатку відбуватиметься теплове розширення скла. Це призведе до збільшення об'єму, що замкнений між склянками, і зменшення тиску. Потім прогріється вода і повітря над нею. Тиск зросте, і вода почне виливатися.

3. Вода почне виливатись.

4. Можна, але він повинен бути сухим. Треба трохи підняти верхню склянку і ввести аркуш, коли буде виливатись вода і одночасно заходитиме повітря у вигляді бульбашок.

5. Вода почне виливатись через щілину між склянками.

9. Чарівна картоплина

1. На початку досліду вода в банці була солоною. Густина солоної води більша , ніж прісної, тому й виштовхувальна сила, що діяла на картоплину, більша. Внаслідок цього картоплина спливає.

2. Із тієї причини, що доливали прісну воду, в якій, як відомо, картоплина тоне.

3. Якщо воду доливати необережно, прісна вода може перемішатися з со­лоною і картоплина спливе.

4. А тому, що на частину картоплини, яка раніше не була зануреною у воду, почала діяти виштовхувальна сила прісної води.

10. Стовп рідини

1. Тиск рідини залежить не лише від висоти її стовпа, а й від її густини        (р =ρgh ). Густина розчину солі більша за густину прісної води, тому коли відкрити отвір трубки, розчин солі частково заходить у трубку, піднімаючи рівень води в ній.

11. «Слухняна» пробірка (картезіанський водолаз)

1. Під час стискання пляшки тиск повітря у пробірці збільшується, а це означає, що його об'єм зменшується при сталій температурі.

2. Пробірка не рухається за умови, якщо дії всіх сил на неї компенсували одна одну.

3. Коли пробірка починає рухатися вниз, її кінетична енергія зростає за рахунок роботи, яку ми виконуємо, стискаючи пляшку. Коли пробірка почи­нає рухатися вгору, її енергія зростає за рахунок роботи стиснутого повітря, яку воно виконує під час розширення.

12. Водяний свічник

1. Виштовхувальна сила (F_в = ρgV, де ρ - густина рідини, g- прискорення вільного падіння, V— об'єм зануреної частини тіла) повинна дорівнювати силі тяжіння (F = mg, де т - маса тіла).

2. З тягарцем центр мас свічки буде розташований нижче, ніж геометричний центр об'єму зануреної частини свічки, до якого прикладена виштовхувальна сила. При відхиленні свічки від вертикального положення виникає момент сил, який повертає її у попередній стан. Якщо тягарця немає, то центр мас буде вище точки прикладення виштовхувальної сили. І горизонтальне положення буде станом стійкої рівноваги для свічки.

3. Свічка згорить майже до кінця. У процесі горіння поступово зменшує­ться сила тяжіння, що діє на свічку. Для її рівноваги виштовхувальна сила повинна зменшуватися, а це можливо тільки з підніманням свічки.

4. Рівень води знижується, тому що зменшується об'єм частини свічки, зануреної у воду.

13. Кювета з водою і гиря

1. Рівновага не порушується, тому що при переміщенні коробки її місце займає вода. Коробка з гирею, що плаває, важить стільки ж, скільки і витісне­на нею вода.

2. Якщо гиря знаходиться на дні кювети, то вага витісненої нею води не дорівнює її вазі. В цьому випадку наближення чи віддалення гирі від осі змі­нює момент ваги гирі відносно цієї осі і рівновага кювети порушиться.

3. Рівень води зменшиться. Довести це можна різними способами. Тиск на дно не залежить від того, плаває коробка з гирею чи потонула. Але коли вона потонула, створюється додатковий тиск. Тоді рівень води в кюветі повинен стати меншим, щоб тиск не змінився.

14. Збирання олії з поверхні води

1. На олію діє виштовхувальна сила, більша за силу тяжіння.

2. У кульки її збирають сили поверхневого натягу. Площа поверхні кулі менша, ніж будь-якої фігури з тим самим об'ємом, а це означає, що потенці­альна енергія поверхневої плівки буде найменшою. Вірогідність того, що система буде знаходитись у стані з мінімальною потенціальною енергією, максимальна.

3. Вода не виливається з пробірки, тому що атмосферний тиск значно більший за тиск водяного стовпа пробірки.

4. Це явище використовують для збирання нафтопродуктів з поверхні моря під час аварій на танкерах.

 

 

15. Круг, що котиться під гірку

1. Круг намагається зайняти положення, в якому його потенціальна енер­гія буде мінімальною. Під час цього руху центр мас круга рухається вниз від­носно вертикалі.

2. Коли тягарець знаходитиметься знизу, потенціальна енергія круга буде мінімальною. Круг буде продовжувати рух за інерцією. При цьому тягарець трохи підніметься і запасе потенціальну енергію.

3. До самого низу круг не докотиться, але рух назад здійснить, тому що під час зупинки система запасла потенціальну енергію.

4. На початку і в кінці руху круг має тільки потенціальну енергію. Але при переході з початкового положення у кінцеве виконувалася робота по подоланню сили опору. Отже, на початку руху потенціальна енергія круга більша.

16. Пляшка, кільце з корка і шпиця

1. Намагаючись рухатися прямолінійно, вода зустрічає на своєму шляху стінку пляшки. При цьому кінетична енергія руху перетворюється в потенці­альну енергію піднятого тіла.

2. Різні шари води обертаються з різною кутовою швидкістю. Наприклад, швидкість шару води, що дотикається до стінки пляшки, майже дорівнює швидкості цієї стінки. Між шарами існують сили молекулярної взаємодії, на подолання яких витрачається кінетична енергія обертального руху.

17. Дві пляшки на перегонах

1. Пляшка на старті має потенціальну енергію Е=mgН, де т - маса пляш­ки, g - прискорення вільного падіння, H- висота центру мас пляшки відносно лінії фінішу.

2. Під час руху пляшка має потенціальну енергію відносно фінішу, кінетичну енергію поступального й обертального рухів.

3. У першому випадку швидкість пляшки з піском буде більшою. Це пояснюється тим, що пляшка з водою підштовхує її, віддаючи частину своєї енергії.

4. При скочуванні пляшки з водою обертається тільки тонкий шар води, який прилягає до стінок, тому потенціальна енергія цієї пляшки майже повні­стю перетворюється на кінетичну енергію поступального руху.

18. Хустинка, що не згоряє

1. Щоб не отримати опіків від полум'я, яке здійметься вгору.

2. Тепло, що виділяється під час горіння спирту, йде на випаровування води хустинки. Кількості спирту недостатньо, щоб випарувати всю воду.

3. Для горіння спирту необхідний кисень і певна температура. Якщо швидко закрити хустинку цупкою тканиною, горіння припиниться.

4. Густина цих речовин менша за густину води, тому вони опиняться згори і будуть продовжувати горіти.

19. Дріт, що плавить лід

1. Діаметр дроту малий, тому тиск під дротом великий. Лід під ним починає танути при температурі, нижчій за 0 °С, тому під дротом лід тане швидше.

2. Під час танення льоду поглинається теплота. В даному випадку вона забирається від дроту і від води над дротом, тому вода над дротом замерзає.

3. Нитка з капрону - поганий провідник тепла. Через нитку до льоду від повітря надходить мала кількість теплоти і для подальшого танення льоду її не вистачає.

4. Наприклад, льодовик. Під тиском внизу льодовика утворюється тонкий шар води, завдяки якому льодовик рухається згори вниз зі швидкістю, яка іноді досягає одного метра за добу. Необхідно врахувати, що під час сповзання льодовика з гори за рахунок тертя може виділятися велика кількість теплоти, яка потім витрачається на плавлення льоду.

 

20. Ложка, що примерзає

1. Сіль викликає швидке танення льоду (снігу), внаслідок чого відбувається швидке поглинання теплової енергії з навколишнього середовища.

2. Теплоізолююча прокладка потрібна для того, щоб зменшити тепловий потік, який проходить через скло за одиницю часу. Таким чином збільшується кількість теплоти, яка відбирається від води під ложкою.

21. Сплющена металева банка

1. Після того, як банку зняли зі спиртівки і отвір закрили корком, водяна пара почала охолоджуватися, перетворюючись на рідину. Тиск у банці значно зменшився, і сила різниці тисків сплющила банку.

2. Під час кипіння інтенсивно утворюється водяна пара, яка у цьому до­сліді витісняє повітря з банки і потім конденсується.

3. Щоб у банці майже не залишилось повітря.

4. Теоретично це виглядає так. Треба поставити нагріватися банку на спиртівку. Вода закипить, і тиск водяної пари почне роздувати банку, надаючи їй попередньої форми. Але на практиці цього зробити не можна, тому що під час першої чи наступної деформації стінки банки не витримують - у місцях перегинів з'являються отвори, через які виходить пара.

22. Кипіння води у паперовій посудині

1. Вода, маючи велику теплоємність і гарну теплопровідність, відбирає від паперу енергію, тому папір має температуру, не набагато вищу, ніж вода, а для його загоряння потрібна вища температура.

2. Так, загориться. Скло - поганий провідник тепла, тому папір через певний інтервал часу нагріється до температури загоряння.

3. Можна. Треба тільки нагрівати папір під тим місцем, де знаходиться шматок олова. Олово - гарний провідник тепла, а його температура плавлен­ня (232 °С) нижча за температуру загоряння паперу. Олово повинно щільно прилягати до паперу.

23. «Кипіння» у склянці води

1. Вода не виливається крізь хустинку завдяки дії сили різниці тисків, атмосферного повітря і повітря в склянці.

2. Під дією сили різниці тисків атмосферного і повітря в склянці, сили тиску води і сили пружності тканини хустинки.

3. Звичайно, ніякого кипіння не відбувалося. При натягуванні хустинки зменшився тиск повітря у склянці. Під дією сили різниці тисків повітря про­никає крізь хустинку у вигляді бульбашок. Це нагадує кипіння води.

4. На початку досліду хустинку можна відпустити, і вона не впаде, тому що її триматиме сила різниці тисків. Якщо відпустити хустинку після вико­нання досліду, вона впаде під дією сили тиску стовпа води і сили тяжіння.

Література

1. Билимович Б.Ф. Физические викторины в средней школе. Пособие для учителей. Изд. З-е, перераб. — М: Просвещение, 1977.

2. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы: Кн. для учителя. 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1985.

3. Горячкин Е.Н. Методика и техника физического эксперимента. — М.: Учпедгиз, 1948.

4. Донат Б. Физика в играх. / Под ред. Комова Н.П. — С.-Петербург.: Изд. Девриена А.Ф., 1906.

5. Ланге В.Н.. Экспериментальные задачи на смекалку: Учебное руководство. — М.: Наука, 1985.

6. Низе Г. Игры и научные развлечения. — М, 1958.

7. Опыты в домашней лаборатории. — М: Наука, 1981.

8. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга первая. — М., 1965.

9.  Уокер Дж. Физический фейерверк. 2-е изд. Пер. с англ./ Под ред. И.Ш. Слободецкого. — М: Мир, 1988.

10. Старощук В. Цікаві демонстрації з фізики. Частина 1. – Т.: Навчальна книга – Богдан, 2002.

11. Старощук В. Досліди з фізики в школі та вдома. 9 – 11 класи. – К.: Видавець Л.Галіцина, 2006.