«Для умелых рук»
Московская областная
станция юных техников
Ф. А. Стрекалов
Шестиклассники — кабинету физики
*** 1965 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
Каждый школьник знает, что наша страна первая в мире атомную электростанцию, первый атомный ледокол. И уж не найдется ни одного школьника, который бы не знал, что нами был запущен первый космический корабль, в котором первый летчик-космонавт Юрий Гагарин совершил первый космический рейс вокруг Земли. И все это достигнуто благодаря той науке, которая называется физикой. И чем глубже изучается эта наука, тем быстрее и лучше используются природные явления на благо человека. Но эти природные явлени или, как их еще называют физические законы, открываются и изучаются опытным путем, путем наблюдений и различных измерений. Сложное оборудование применяется только в тех случаях, когда без него нельзя обойтись. Так что не пренебрегайте самодельными приборами — гораздо полезнее сделать самим, чем пользоваться покупными. В учебнике физики 6 класса описано восемь лабораторных работ. Лабораторная работа — это тоже маленькое исследование. Проделывая лабораторную работу, вы поступаете так же, как и настоящие исследователи. От простого незаметно вы придете к более сложному и в конечном итоге столкнетесь с такими явлениями, которые еще не изучены учеными. Вот тогда вы сможете сделать свой собственный вклад в науку и стать настоящими ученымн-исследователями. А пока надо хорошенько попрактиковаться и изучить те явления, которые учеными уже открыты. Для первой лабораторной работы — измерение длины (описание ее вы найдете в учебнике) — необходимо иметь линейку и деревянный брусочек. Линейку купите, а брусочек изготовьте сами. Размеры брусочка 20X75X100 мм. Это значит, длина его 100 мм, ширина 75 мм и толщина 20 мм. Возьмите заготовку длиною 420 мм и обстругайте ее до ширины 75 мм и толщины — 20 мм, а затем распилите на четыре части длиною по 100 мм. Желательно, чтобы комплект брусочков (30 — 40 штук) был изготовлен из разных пород древесины: сосны, березы, дуба, бука и т. п. Целесообразно также иметь в комплекте брусочки и других размеров: например, 20X35X50 мм, 30X35X60 мм. Они пригодятся вам для другой лабораторной работы по определению удельного веса. Нужно будет добавить только мензурку и стеклянный сосуд. Мензурку можно сделать из стакана. Для этого к его наружной стороне приклейте клеем БФ-2 бумажную полоску шириной в 12 — 15 мм и длиною, соответствующей высоте стакана. На эту бумажную полоску и нанесите деления в виде горизонтальных штрихов. Если в школе имеется хотя бы одна мензурка, то отмерьте ею 10 мл воды, которую вылейте в стакан. Затем установите стакан нв строго горизонтальной ллощвдке и отметьте карвндашом уровень воды. Обретите внимание нв то, что уровень воды у самой стенки стакана или мензурки немного выше, чем в остальной средней части. Поэтому отметки ставьте по средней части. Затем отмерьте еще 10 мл воды, вылейте ее в стакан и снова отметьте уровень. И так продолжайте до полного заполнения стаквнв. После чего вылейте воду и повторите еще разв два все сначала. Может оказаться, что при повторном градуировании отметки уровней не совпадут с предыдущими. При нанесении новых отметок старые отметки не стирайте. Поэтому при окончательном нанесении делений в тех местах, где штрихи не совпадут, проведите четкую среднюю линию между крайними штрихами. Совладеющие же штрихи просто соедините карандашом. Против каждой линии напишите цифры: 10, 20, 30 и т. д. Эти цифры и будут показывать объем. Если потребуются более мелкие деления, то разделите отмечетые промежутки на соответствующие части. Чтобы карандвш не вытирался, бумажную полоску с делениями (шкалу) покройте каким-либо прозрачным лаком. Если в школе нет мензурки, то шкалу можно отградуировать с помощью взвешивания Поставьте стакан на весы и осторожно влейте в него 10 г воды. Окончательное уравновешивание (когдв потребуется чуть-чуть добавить или отлить] произведите с помощью пипетки. Для четвертой лабораторной работы (уст® новление ллосности в горизонтальном положении) потребуется ватерпас или уровень и площадка. Площвдку размером 250X250 мм вырежьте из фанеры или склейте из досок. Площадка должна быть ровной, без перекосов. Ватеопас Idhc. 1) можно сделать из фанеры. Для этого вырежьте из нее равносторонний треугольник. Одну сторону треугольника разделите лололвм и из этой точки восстановите перпендикуляр — высоту. На высоте (ближе к основанию) проделайте отверстие диаметром в 30 мм. Вверху вбейте маленький гвоздик, на который подвесьте отвес. Грузик отвеса (рис. 1) изготовьте из металлического прутка на токарном станке или вручную. К грузику припаяйте крючок, к которому привяжите нить. Для этой работы вам потребуются ещё клинышки (рис. 1). Их можно изготовить из любой породы древесины по размерам, указанным на чертеже. В лабораторной работе № 5 проводится градуирование динамометра. Динамометр — это такой прибор, с помощью которого измеряется сила или вес (вес — это тоже сила). Динамометр (рис. 2) состоит из двух дощечек размером 160Х40Х10 мм и 40X10X10 мм, скрепленных под прямым углом другие детали и сборку их легко воспроизвести по рисунку). Вместо пружины можно ислользоввть резину. Толщину резины (или резинового жгутика) подберите с таким расчетом, чтобы при подвешивании грузиков получилось равномерное удлинение резинки, т. е. чтобы при нагрузке, например в 50 г удлинение резины было бы равно пяти делениям по 10 г. Коромысло (рис. 3, б изготовьте из металлической полоски 250x20 мм толщиной 2 — 3 мм. Боковые отверстия должны находиться на равном расстоянии от центрального. Удобнее всего сверлить их с помощью кондукторе. Кондуктор (рис. 3, в) представляет собой металлическую пластинку толщиною 3 — 5 мм, в которой просверлено два отверстия на расстоянии в 120 мм друг от другв. Одно отверстие имеет диаметр 8 мм, другое — 3 мм. Пользуйтесь этим кондуктором так. В центре заготовки коромысла просверлите отверстие диаметром в 8 мм. Затем на него положите кондуктор твк, чтобы восьмимиллиметровые отверстия совпали, и звжмите кондуктор и коромысло восьмимиллиметровым болтом (рис. 3). Вместо болта можно вставить такого же диаметра стержень и зажать все ручными тисками. Второе отверстие в коромысле служит направляющим для сверла. Просверлив одно боковое отверстие, поверните кондуктор вокруг своей оси и просверлите отверстие на противоположном конце коромысла. Теперь лрилвяйте к коромыслу стрелку, которую изготовьте из проволоки диаметром в 2 — 3 мм и длиною в 200 мм. Штатив к весвм сделайте из древесины, в чашечки из лалье-маше или выдавите из оргстекла. В крайнем случае, чашечки можно подобрать из подручных деталей. Опорную призму (рис. 3,д) изготовьте из прутковой стали диаметром в 8 мм. Чтобы опорная призма не поворачивалась в деревянной стойке штатива, закрепите ее трехмиллиметровой шпилькой, пропущенной через стоику и отверстие призмы. Теперь можно приступить к изготовлению демонстрационных приборов. Эти приборы демонстрирует только учитель. Поэтому демонстрационные приборы достаточно иметь в одном экземпляре. Прибор для наблюдения зависимости давления от величины опоры легко сделать по рис. 4. Для того чтобы привести все восемь лабораторных работ по шестому классу, нужно иметь еще весы. Если в шкОпе нет такого количества весов, чтобы хватило ка всю группу, то придется их изготовить самим. Самыми ответственными деталями являются коромысло и опорная Призма. Из досок толщиною в 10 мм изготовьте ящик с дном 140x140 мм и высотою 40 мм. Дно ящика можно сделать из фанеры. Далее заготовьте две дощечки размером 100 X100 X 20 мм. В углах одной дощечки вбейте гвозди длиною 60-80 мм. Гвозди должны быть пробиты насквозь так, чтобы с обеих сторон дощечки выступали равные их чвети. Чтобы не расколоть дощечку, полезно предварительно просверлить отверстия подходящим по дивметру сверлом. Во вторую дощечку вбейте восемь гвоздей: четыре по углам и четыре ло середине квждой стороны. Необходимо, чтобы высота выступающих частей была также одинвкова. Проверить это легко: достаточно установить доску с вбитыми гвоздями на проверочную плиту или на кусок стекла. Ящик заполните леском, и прибор готов к опыту. Прибор для демонстрации теплового (термического) расширения металлов состоит из деревянного основания (а) размером 400 х 100X20 мм, нв котором укреплены стойка (б), шкала и упорный брусочек (д). Размеры стойки — 160X25X15 мм. Чтобы стойку легко было звкрепить, заготовку возьмите длиною в 180 мм. В верхней части стойки гвоздиком (е) прикрепите подвижную стрелку (ж). Стрелку можно изготовить из куска 3 — 4-миллиметровой проволоки, длиною 300 мм. Один конец ее расплющите и просверлите в нем отверстие, соответствующее диаметру гвоздика. Можно изготовить стрелку из жести и даже из древесины. Примерно на 10 мм ниже от гвоздика вбейте второй гвоздик (з) для того, чтобы нагреваемый стержень не ладвв вниз. Другим концом стержень упирается в упорный брусочек (д), который прикреплен 1с основанию прибора. При нагревании стержень будет удлиняться, г следовательно, и поднимать стрелку. Чем ближе стержень будет располагаться к оси стрелки, тем нагляднее будет действовать прибор. Поэтому гвоздик (з), поддерживающий стержень, нвдо вбивать в последнюю очередь с таким расчетом, чтобы стрелкв в ненагретом состоянии прибора занимала нижнее положение. Для этого нужно будет найти определенное положение для упорной ллвнки, а также, может быть, нужно измеють длину стержня. Длину стержня лучше взять 210 — 215 мм. На одном из уроков физики вы узнали, что при нагревании различные металлы расширяются не одинаково. Это свойство широко используется в технике в различных автоматических устройствах. Например, в некоторых конструкциях утюгов, холодильников поддерживание нужной температуры осуществляется с помощью биметаллической пластинки (рис. 6). Биметаллическая (двойная металлическая) пластинка состоит из двук полосок разного металла. Эти полоски накладываются одна на другую и скрепляются ло всей длине. Для наших опытов подходящим является железо и латунь или железо и цинк. Важно чтобы каждая пара металлов удлинялась при нагревании неодинаково, и чем больше эта разница, тем нагляднее будет работать прибор. Другое ввжное услоаие — дпинв. Чем длиннее биметаллическая пластинка, тем чувствительнее будет прибор. Для сочетания железо — цинк достаточно взять полоски длиною 150 мм. Ширина полосок пусть будет равнв 10 мм, г толщикв от 0,3 до 1 мм. Вдоль квждой из полосок просверлите ряд небольших отверстий (1,5 — 2 мм) на расстоянии 15 — 20 мм друг от друга. Сверление лучше всего производить одновременно в обеих заготовках, зажав их в ручные тиски. Затем полоски с помощью заклепок соедините воедино. После этого края опилите, и биметаллическая лпастинка готова к опыту. Для удобства проведения опыта укрепите ее на штативе. Деревянный штатив состоит из основания (дощечки размером 150X8020 мм) и стойки размером 150X20X10 мм. Пластинку прикрепите цинком вниз к торцовой части стойки штатива гвоздиками или шурупами. Если такую пластинку нагреть, то она изогнется вверх, так как цинк при нагревании удлиняется больше, чем железо. При охлаждении же пластинка должнв изогнуться в противоположную сторону. Из биметаллической пластинки можно изготовить биметаллическое реле (рис. 7). Для реле лучше взять другое сочетание металлов: железо и латунь или медь. Хотя температурное (термическое) удлинение у цинкв больше, чем у меди, но он чрезмерно мягок, в поэтому после остывания не полностью возвращается в сое прежнее положение, так как слегка распивается, т. е., квк говорят физики, имеет точную деформвцию. Поэтому биметалли- пластинку для реле сделайте длин-0 мм. Изогните ее в виде подковы на предмете, имеющем диаметр 120 мм, наружнвя сторонв былв железной, в внутренняя — медной или латунной. Звтем изготовьте основание 150x80x20 мм и два брусочка 15 X 20 X 40 мм. Сборку производите в следующей последовательности. Вначале прикрепите брусочки к основанию нв рвсстоянии 10 мм от краев. К правому брусочку с наружной стороны прикрепите контакт. Контакт это латунная пластинка 10X30 мм, с одного конца которой напаян серебряный (из старой монеты) выступ. Выступ можно налвять и из меди. Пла-стиму прикрепите вертикально. От нижней части контактной пластины идет провод который заделывается в штепсельную вилку. В центре основания прикрепите настенный электролатрон, один провод от которого заделайте в ту же штепсельную вилку. С внутренней стороны биметаллической пластинки, на одном коще (правом), напаяйте контакт (серебряный или медный выступ). Второй конец прикрепите двумя винтами к левому брусочку. От биметаллической пластинки также идет провод на патрон. При сборке нужно обратить анимате на то, чтобы контакты находились друг против друга. Регулировка заключается в том, чтобы между контактами не было зазора, и в то же время они не должны сильно прижиматься. Этот узел можно несколько усложнить, пропустив через брусочек винт, который при повертыввнии будет удалять или приближать (за счет упругости контактной пластинки) контакт. Вверните в патрон электролампу на 150 ватт и включите прибор в сеть. Лампв загорится. Нагревшись от тепла лампы, биметаллическая пластинка слегка разогнется. От этого контакты разойдутся, и лампв погаснет. После остывания контакты сойдутся, и лампа снова загорится. Таким образом, лампа аатомвтически будет то включаться, то выключаться. А как продемонстрировать такое явление, как расширение воздуха при нагревании? Для этого опыта (рис. 8] необходимо иметь обыкновенную бутылку, корковую или резиновую пробку к ней и стеклянную трубку, наружный дивметр которой 5 — 6 мм, в длина — 200 — 250 мм. В пробке проделайте отверстие такое, чтобы трубка плотно входила в него. Далее налейте в бутылку воды. Чтобы удобнее было наблюдать, слегка подкрасьте воду чернилами. Звтем вставьте пробку в бутылку так, чтобы трубка в бутылке находилась ниже уровня во-ды. Если вы обхввтите бутылку руквми и подержите некоторое время, то заметите, что вода начинает подниматься по трубке. Происходит это потому, что руки нагревают воздух. находящийся в бутылке. От нагревания воздух расширяется, давит на воду и вытесняет ее. Опыт можно проделать с различным количеством воды. Тогда вы убедитесь, что уровень подъемв будет разлтный. Почему? На этот вопрос лостарвйтесь ответить сами. Если бутылка будет заполнена водой до самой пробки, то тогда можно наблюдать уже расширение самой воды при нагревании. Чтобы убедиться в этом, нужно опустить бутылку в теплую воду. А вот на приборе, называемом термоскопом (рис. 9), вы сможете наблюдать передачу тепла излучением. Для такого прибора, кроме бутылки, пробки и стеклянной трубки, нужно иметь еще две жестяные полоски размером 25X8 мм, вырезвнные из консервной бвнки, и дощечку или фанерну длиною в 150 мм и шириною 30 — 35 мм. Стеклянную трубку изогните под прямым углом. Длинв одного колена изогнутой трубки должна 6ь(ть 50 — 60 мм, а второго — 180 — 200 мм. Как изгибать стеклянные трубки? В этом вам может помочь учитель физики или химии. Из дощечки сделайте шкалу: наклейте на дощечку полоску белой бумаги, вдоль которой через каждые полсантиметра нанесите поперечные линии (деления). Из жестяных полосок сделайте два хомутика, прикрепите ими шкалу к трубке. В пробке проделайте отверстие, в которое плотно вставьте трубку мвлым коленом, и закройте пробкой бутылку. Показания прибора будет давать столбик подкрашенной жидкости воды], введенной в канал трубки. Жидкость в трубку вводите пипеткой через наружный крнец трубки. Чтобы столбик прошел дальше, до середины шкалы, нужно снвчалв бутылку пядогреть, хотя бы руквми или в теплой воде, ввести в трубку две-три капли жидкости и затем охладить все до комнатной температуры. Для проведения опыта возьмите какой-нибудь массивный металпичесний предмет, например гирю в 2 — 5 кг или утюг, нагрейте его и поднесите к термоскопу на расстояние одного метра. Термоскоп ничего не покажет и вот почему. Всякий нвгретый предмет испускает невидимые тепловые лучи. Эти лучи лучше всего поглощаются предметами черного цвета. Поэтому если закоптить бутылку, то термоскоп срвзу же станет реагировать нв тепловое излучение. Это легко обнаружить по столбику жидкости в трубке, который станет перемещвться. Перемещается столбик потому, что воздух в бутылке нагревается, а следовательно, от нвгрева расширяется и давит на столбик. Зная это, вы, конечно, перед тем, как закоптить бутылку, вытащите из бутылки пробку с трубкой и шкалой, иначе нагретый воздух вытолкнет столбик жидкости наружу. Если у вас будут зазоры между пробкой и бутылкой, то замажьте их пластилином. А вот описвте прибора для наблюдения теплопроводности металлов (рис. 10). Прибор состоит из деревянного штатива. Размеры основания штатива 150X80x20 мм, в стойки — 100x20X15 мм. В верхней части стойки имеется продольный пропил длиною 20 мм. В этот пропил вставляются две пластинки, сделанные из разного металла, например меди и железа. Пластинки изогните по форме, указанной на рисунке. Желательно иметь несколько пластинок, чтобы во время опыта можно было сравнивать теплопроводности различных металлов: меди, железа, латуни, влюминия. Проводите опыт следующим обрвзом. В пролил вставьте две какие-либо пластинки. Чтобы они плотно соприквсались друг с другом, заклиньте их спичкой. На расходящихся концах каждой пластинки с помощью воска прикрепите маленькие гвоздики. Противоположные концы (где пластины сходятся вместе) нвгрейте на спиртовке или нв квком-либо другом нвгреввтельном приборе. По мере нвгре-вания воск будет плавиться, и гвоздики будут лвдать. Если теплопроводность ллвстинок рвз-личнвя, то на одной пластинке воск расплавится раньше, и гвоздики упадут. Следовательно, металл, из которого сделана эта пластинка, проводит тепло лучше. Затем (для сравнения) Удалите одну из пластинок и замените ее пластинкой из другого материала. Повторите опыт. Но при этом учтите, что перед нагреванием температура обеих пластинок должна быть одинаковой. Поэтому нвдо лодождвть, пока пластинка, которую нагревали в первый раз, остынет. Если нет времени ждать, пока температура пластинки сравняется с комнатной, то остудите в воде. Прикрепленная внизу скобв, как показано на рисунке, служит для укладки пластинок во время хранения прибора. И, наконец, очень интересна будет для вас постройка модели паровой турбины (рис. 11). Прежде всего надо сделать деревянный штатив, основание которого имеет размеры 150X80X20 мм, а стойка 200Х20ХЮ мм. Зачтем изготовьте ротор. Для зтого нв куске жести (можно от консервной бвнки) нвчертите две концентрические окружности диаметром 50 мм и 70 мм. Полученное колько разделите ha 32 равные части. Делайте это так. Сначала кольцо разделите нв четыре равные части, за-тем каждую часть пополам, потом каждую получившуюся часть разделите на две части, и каждую новую часть разделите еще рвз пополам. Вырежьте теперь по большой окружности круг и в его центре просверлите двухмиллиметровое отверстие. Затем по отметкам сделайте надрезы до внутренней окружности. В отверстие впвяйте двухмиллиметровую ось {длиною 16 мм, а зубчики круга отогните плоскогубцами в виде лопаточек. Ротор установите в верху стойки штвтива при помощн двух металлических ллвстинок размером 60x10 мм. В верхней чвсти каждой из плвстин сделвйте по отверстию для оси ротора, а в нижней — ло два для крепления к стойке штатива. Чтобы ротор не сбивался в сторону, напаяйте на его ось с [обеих концов по колечку, сделанному из медной проволоки. Колечки должны располагаться на расстоянии даух миллиметров от концов оси. Можно на ось надеть трубочки длиной по 5 мм каждая. В модели (рис. 11, а) паровым котлом служит пробирка. Пробирку закройте пробкой. В пробку вставьте металлическую трубочку диаметром три миллиметре. Длина выступающей части может быть 20 — 25 мм. Трубочку можно сделать свмим. Согните ее из жести, в шов пропаяйте оловом. С одного конца трубочку слегка рвсплющите, а уголки запаяйте так, чтобы выходное отверстие было небольшим. Этой стороной трубочка будет направлена в сторону ротора. Прикрепите пробирку к штативу металлической полоской длиной 160 — 180 мм, а шириною 15 мм. Предварительно согните полосну нв каком-либо круглом прутке, имеющем такой же диаметр, квк и пробирка. К штативу полоску прикрепите под некоторым углом. Угол лучше всего определить практически — он зависит от длины пробирки. На расстоянии 5 — 8 мм от пробирки в пластинке должно быть отверстие для зажимного винта диаметром 3 — 5 мм. Звпускается модель так. Н влейте в пробирку воды на 1/3 ее объема и закупорьте пробирку пробкой с трубочкой (соплом). Затем поместите пробирку в гнездо державки и закрепите винтом. Под пробирку поместите горящую спиртовку. Когда водв звкилит, то выходящий из солла пар будет ударяться в лопатки и вращать ротор. Вторая модель (рис. 11,6) паровой турбжы работает совершенно ло другому принципу. В этом случае движение происходит за счет силы «отдвчи». Тот, кто наблюдал стрельбу из ружья, неверное, замечая, что при выстреле ружье «отдает» назад. Точно по твкому же принципу работают двигатели космических кораблей и ракет. Подберите небольших размеров консервную бвнку, например, диаметром 85 мм и высотой 55 мм. К этой консервной банке вырежьте из жести крышечку. Днаметр заготовки должен бь?ть нв 8 мм больше диаметре дна банки. Края заготовки отогните так, чтобы крышечка могла надеваться на банку. Сделайте это на круглой болввнке с помощью молотка. На крышке (только не в центре) проделайте отверстие под небольшую лробочку. Крышку наденьте на банку и xoрошо пропаяйте место стыка. В верхней части банки (миллиметров нв 8 ниже крышки) с двух сторон проделайте трехмиллиметровые отверстия. В эти отверстия впаяйте трубочки длиною в 20 мм. Эти трубочки можно изготовить также из жести. Располагать их нвдо по касательной. Во время пайки нужно следить, чтобы олово случвйно не закупорило канал трубки. Направление обеих трубок должно быть в одну сторону (если же выходные отверстия трубок будут направлены в разные стороны — турбина не будет работать). В центре крышки припаяйте небольшой проволочный крючок. К крючку привяжите нить и подвесьте турбину к штативу. Форма штатива хорошо виднв нв рисунке. Теперь вставьте в отверстие крышки пробку и уравновесьте банку. Банка должна висеть строго горизонтально. Очень удобно уравновешиввть свинцом. Налаять свинец можно прямо к крышке банки. Для этого место, где будете напаивать свинец, хорошо пролудите оловом и срвзу же положите кусочек свинца, который расплввьте паяльником. Турбина готова к действию. Перед ее звпуском нужно проверить, не закупорены пи каналы трубок. Если они закупорены оловом, то прочистите их сверлом. Налейте в турбину воду (примерно на 1/3 — и объема банки] и нагрейте ее. Образовавшийся внутри банки пар будет е некоторой скоростью вырываться из трубок, а турбине — вращаться. При работе над каждым прибором будьте внимательны и требовательны. Тщательно изучите описвние и рисунки. Прочитайте в учебнике соответствующий рвздел ло физике. Если в школе описанные приборы уже имеются, посоветуйтесь с учителем физики: какие нужны другие. Не огорчайтесь, если не найдете их описвния и чертежей. Иногда достаточно знвть физический принцип и видеть всего лишь рисунок, чтобы создать свою собственную конструкцию приборв. Критически относитесь к созданной вами конструкции. Тщательно просмотрите: нет ли в ней лишних деталей. Подумайте, можно ли несколь ко деталей заменить одной. В заключение надо отметить, что работать лучше всего не одному, а вместе с товарищами. Особенно это бывает полезно при разработке конструкций, когда один может случайно что-то недосмотреть пропустить. Поэтому лучше всего организовать кружок. А чтобы работа кружка не шла вразброд, нужен организатор — руководитель кружка. Руководить кружком попросите кого-нибудь из старшеклассников.
|
