Физический эксперимент в школе

DjVu

      Совершенствование школьного физического эксперимента — предмет творчества широкого круга учителей физики. Многие приборы, выпускаемые для школ промышленностью, были предложены учителямичпрактиками. Однако основным. способом внедрения в школьную практику предлагаемых учителями конструкций является их изготовление в условиях школы.
      Во многих случаях учителя — изобретатели и рационализаторы предлагают новые опыты с уже известными приборами или дополнительные приспособления к существующему оборудованию, которые расширяют возможности школьного физического эксперимента, делают его более выразительным, повышают его учебный эффект.
      С целью распространения опыта в области совершенствования школьного физического эксперимента издательство «Просвещение» периодически выпускает сборники «Физический эксперимент в школе», в которых публикуются статьи учителей и методистов.
      Структура настоящего, пятого, выпуска сборника отличается от предыдущих тем, что в нем выделен самостоятельный раздел, посвященный лабораторному эксперименту.
      Составитель сборника выражает искреннюю признательность С. А. Хорошавину, внесшему ряд ценных предложений по улучшению рукописи, а также благодарит Б. С. 3ворыкина, И. М. Румянцева, В. А. БуроваиС. Н. Красникова, замечания которых по отдельным статьям помогли в работе над сборником.
      Замечания и предложения по данному сборнику просим направлять в редакцию физики издательства «Просвещение» по адресу: 129846, Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, д. 41.
     
      ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
      ОБЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО КАБИНЕТА
      Г. С. Фестинатов, М. И. Гринбаум (Москва)
     
      ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКАЯ ПРИСТАВКА
      Для повышения наглядности демонстраций, проводимых с применением осциллографа, целесообразно применять приставку, позволяющую получить значительно большее поле изображения и соответственно большие масштабы осциллограмм.
      Предлагаемая ниже приставка к осциллографу может быть выполнена в двух вариантах, каждый из которых обладает своими достоинствами.
      Схема приставки, изготовляемой по первому варианту, приведена на рисунке 1.
      Приставка состоит из электронно-лучевой трубки 31J1033B с диаметром экрана 315 мм, блока питания и потенциометров управления яркостью и фокусировкой луча.
      Отклоняющие напряжения и напряжение гашения обратного хода луча подаются с помощью проводников с соответствующих точек «ведущего» осциллографа. Эти напряжения обычно выведены на специальный щиток, закрепленный на задней стенке осциллографа.
      Основным достоинством приводимой схемы является ее простота. В схеме используется сравнительно простой трансформатор, который совместно с однополупериодной схемой умножения напряжения обеспечивает нормальное питание электронно-лучевой трубки.
      Недостатком схемы является то, что переменные резисторы, регулирующие яркость и фокусировку, находятся под сравнительно высоким потенциалом относительно шасси. Для предотвращения пробоя и обеспечения безопасности работы с прибором необходимо крепить эти резисторы не непосредственно на шасси, а установить их на небольших панельках из изолирующего материала, например органического стекла. Панельки же в свою очередь крепятся на шасси. Оси переменных резисторов удлиняются с помощью стержней со втулками, выполняемыми также из пластмассы. Номиналы и параметры всех деталей приведены на схеме.
      Конденсаторы блока умножения напряжения должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не менее 1500 в.
      Полупроводниковые диоды можно взять типа Д218. Если таких диодов нет, то каждый из них можно заменить пятью последовательно соединенными диодами типа Д7Ж. Для равномерного распределения напряжения между последовательно соединенными диодами Д7Ж целесообразно каждый из них зашун-тировать резистором на 75 ком с мощностью рассеяния порядка 0,25 — 0,5 вт.
      Схема приставки, собираемая по второму варианту (рйс. 2), несколько сложнее, но эта приставка позволяет получить на экране электронно-лучевой трубки 31J1033B большие размеры осциллограмм.
      Если в качестве «ведущего» осциллографа используют осциллограф С1-1 или школьный осциллограф, то получают чувствительность 5 mmJmo, что значительно расширяет возможности демонстрационного эксперимента.
      Как видно из схемы, для приставки собираются два парафаз-ных усилителя и усилитель импульсов гашения обратного хода луча. Каждый парафазный усилитель представляет собой двухламповую схему, собранную на лучевых тетродах 6П7С. Управляющая сетка одной из двух ламп через резистор малого сопротивления соединяется с общим минусовым проводом, в качестве которого используется корпус. На управляющую сетку второй лампы парафазного усилителя с потенциометра, регулирующего амплитуду, подается сигнал с одной из пластин «ведущего» осциллографа. Как видно из схемы, катоды обеих ламп усилителя имеют общий резистор, обеспечивающий связь по переменной составляющей между лампами.
      Проследим за работой схемы. Допустим, что на управляющую сетку лампы подается нарастающее напряжение. Это приводит к увеличению тока через лампу, и потому напряжение на ее аноде уменьшается. Этим же током создается возрастающее падение напряжения на резисторе в катодной цепи, и поэтому ток через вторую лампу схемы уменьшается. В результате напряжение на аноде этой лампы возрастает. Таким образом на анодах ламп парафазного усилителя получаются одинаковые, но противофазные напряжения, которые поступают на соответствующие отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. Равенство отклоняющих напряжений достигается выбором величины сопротивления резистора катодной связи.
      Рис. 3 7
      0ба парафазных усилителя для отклонения луча по осям «X» и «У» собираются по одинаковым схемам.
      Усилитель импульсов гашения обратного хода луча собран по обычной схеме и имеет небольшой коэффициент усиления (порядка 3).
      В приставке предусмотрено перемещение луча вверх и вниз, вправо и влево, что необходимо для центровки изображения и для исследования какой-либо части осциллограммы.
      Блок питания для второго варианта приставки несколько сложнее, чем для первого, так как необходимо еще постоянное напряжение порядка 500 — 550 в для питания анодных и экранных цепей парафазных усилителей. Его схема приведена на рисунке 3. Поскольку промышленностью не выпускаются электролитические конденсаторы с рабочими напряжениями, пригодными для использования в фильтре этого выпрямителя, то необходимо в каждой ячейке фильтра применять по два соединенных последовательно электролитических конденсатора. При монтаже выпрямителя нужно верхние. (по схеме) конденсаторы фильтра устанавливать на изолирующих панелях или для изоляции корпуса этого конденсатора от шасси ставить специальные шайбы.
      В фильтре можно применить дроссель от телевизора «Рубин», используя одну из его обмоток. Могут быть использованы также дроссели от телевизора «Старт» и ему подобных.
      В первом варианте приставки можно в качестве силового трансформатора использовать готовый силовой трансформатор от приемника «Урал» старых выпусков. У этого трансформатора повышающая обмотка имеет вывод от средней точки, который следует заизолировать. Вся обмотка используется в схеме умножения напряжения.
      Трансформатор можно изготовить и самостоятельно. Сердечник набирают из железа Ш26; толщина набора 47 мм. Сетевая обмотка на 22(Ув содержит 860 витков провода ПЭВ-0,41.
      Повышающая обмотка (612 в) содержит 2700 витков провода ПЭВ-0,1. Обмотка накала на 6,3 в состоит из 28 витков провода ПЭВ-0,76. Обмотка накала электронно-лучевой трубки изолируется от остальных обмоток двумя слоями лакоткани.
      Если же предполагается изготовление приставки к осциллографу по второму варианту, то потребуется более мощный силовой трансформатор. Его наматывают на железе Ш32 при толщине пакета 42 мм.
      Сетевая обмотка на 220 в должна содержать 866 витков провода ПЭВ-0,56; повышающая обмотка для питания электроннолучевой трубки изолируется от остальных обмоток двумя слоями лакоткани.
      Габаритные чертежи шасси прибора, лицевой панели и кольца обрамления трубки приведены на рисунках 4 — 6. Общий вид прибора показан на рисунке 7. Для соединения с «ведущим» осциллографом на задней стенке шасси устанавливается щиток с винтовыми зажимами (клеммами).
      В зависимости от того, какой вариант приставки собирается, устанавливают ту или иную систему зажимов. На щитке для приставки первого варианта устанавливают шесть зажимов (четыре зажима входа отклоняющих пластин, импульс гашения обратного хода луча и корпус), а для приставки второго варианта — четыре зажима (вход «X», вход «У», гашение обратного хода луча и корпус).
      На том же щитке целесообразно установить выключатель сети и колодку предохранителя.
      Подготовку к демонстрации с применением осциллографиче-ской приставки проводят в такой последовательности.
      Располагают приставку экраном к классу (экран «ведущего» осциллографа должен быть виден учителю).
      Выполняют все соединения между щитками приставки и «ведущего» осциллографа, следя за тем, чтобы надежно были соединены корпуса приборов.
      Включают «ведущий» осциллограф и подают на него исследуемый сигнал. Манипулируя регулировками частоты, амплитуды синхронизации и усиления по обоим каналам, добиваются устойчивой осциллограммы.
      После этого включают питание приставки и регулировкой яркости, фокусировки, центровки и усиления получают желаемую картину осциллограммы.
      Включать питание приставки до подачи на ее вход отклоняющего напряжения не следует, так как если луч хорошо сфокусирован и яркость велика, то может быть разрушен люминофор экрана и электронно-лучевая трубка выйдет из строя.
      А. Н. Богатырев (Москва)