ВЕРТИКАЛЬНОЕ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ
ПРОЕЦИРОВАНИЕ НА УСТРОЙСТВЕ ФОС-115
Для демонстрации опытом в вертикальной проекции используют соответствующим образом настроенную фотооптическую скамью (ФОС-115) с проекционным фонарем и принадлежностями, образующими единый комплект.
Детали проекционного аппарата:
1– скамья: 2–корпус с кинопроекционной лампой; 3 - автомобильная лампа; 4 - конденсор: 5 - объектив: 6 - зеркало; 7 - рамка для диапозитивов: 8 - диафрагма на ширме; 9 - щель раздвижная; 10 - столик на ножке; 11 - рейтеры; 12 - экран-ширма: 13 - приспособление для горизонтальной проекции; 14 - упорное кольцо.
Возможны следующие варианты сборки:
1. Оптические оси конденсора и объектива совпадают.
2. Оптические оси конденсора и объектива расположены перпендикулярно или под некоторым углом друг к другу.
При этом предмет размещается на пути пучка света проходящего через конденсор так, чтобы отраженный им свет попадал в объектив.
Проецируемый объект, как правило, располагается между конденсором и объективом.
В ряде опытов световой пучок, проходящий через конденсор, ограничивается ширмой, с круговым отверстием или щелью.
Кроме того, в случаях, когда нежелательно или недопустимо нагревание проецируемого объекта (все опыты с поляроидами), непосредственно за конденсором устанавливают теплофильтр.
В некоторых случаях предмет может размещаться за объективом. В ряде опытов по волновой оптике объектив или конденсор не используются совсем.
Для демонстрации опытов в теневой проекции используют специальный осветитель для теневой проекции или, при его отсутствии, используют ФОС, различные типы диапроекторов или фильмоскопов.
Включение в сеть.
В проекционном фонаре ФОС-115 используется лампа накаливания с плоской нитью накала мощностью 300 Вт, питающаяся от сети напряжением 220 или 127 В.
После замены сгоревшей лампы новая лампа должна пройти процедуру закалки, которая сводится к неоднократному выдерживанию горящей лампы сначала при пониженном напряжении с последующим плавным его увеличением до номинального значения.
В целях увеличения срока службы ламп, все опыты необходимо проводить при напряжении питания ФОС не более 180 В, используя для этого лабораторный автотрансформатор (РНШ).
Настройка ФОС-115.
Перед проведением любых опытов оптическая система должна быть отъюстирована.
1. Плоскость нити накала должна быть строго перпендикулярна линзе конденсора, должна проходить через центр плоскости нити накала. Для регулировки и установки лампы используют специальные винты, позволяющие наклонять и передвигать ее в вертикальном направлении с последующим креплением.
2. При соосном расположении объектива и конденсора их оптические оси должны совпадать, либо лежать в одной плоскости, если объектив расположен под углом к оптической оси конденсора.
Для горизонтального проецирования оптическую скамью ФОС-115 необходимо подготовить соответствующим образом.
Из конденсора убирается съемная линза, на ее место закрепляется приставка с наклонным зеркалом.
Линза укрепляется горизонтально сверху приставки.
Сбоку приставки закрепляют стержень, на который располагают объектив с зеркалом, позволяющим получить изображение
Подключают ФОС в сеть через РНШ (регулятор напряжения школьный).
Регулятор напряжения школьный предназначен для плавного регулирования напряжения однофазного переменного тока с частотой 50 Гц, при проведении лабораторных и демонстрационных опытов в физических кабинетах школ. Вольтметр включен параллельно выходу автотрансформатора (между первым витком автотрансформатора и токосъемником), поэтому вольтметр показывает выходное напряжение трансформатора.
ЗАДАНИЕ 1. Продемонстрируйте образование и рост капель.
|
Между конденсором и объективом ФОС закрепите кювету с плоскопараллельными, прозрачными стенками, заполненную густым прозрачным маслом (подсолнечным, касторовым, вазелиновым).
С помощью пипетки аккуратно капайте на поверхность масла с минимально возможной высоты подкрашенную воду (можно использовать, например, раствор медного купороса).
ЗАДАНИЕ 2. Продемонстрируйте кипение жидкости при пониженном и повышенном давлении.
Поместите между конденсором и объективом ФОС закрепленную в штативе пробирку, заполненную на одну четверть не кипяченой водой. Получите четкое изображение на экране свободной поверхности жидкости. Закройте пробирку пробкой с отверстием, соединенным через шланг с резиновой грушей. Обратите внимание на герметичность соединений шланга, груши и пробки.
Поднесите источник открытого пламени под пробирку и доведите жидкость до кипения. Увеличьте давление над жидкостью, сильно сжав грушу. Кипение прекратилось, хотя жидкость продолжает нагреваться.
Уберите пламя из-под пробирки, через 1-2 секунды отпустите грушу, жидкость закипает. Вновь подведите пламя и повторите все действия.
ЗАДАНИЕ 3. Продемонстрируйте действие прибора для измерения силы поверхностного натяжения.
Для измерения силы поверхностного натяжения используется динамометр повышенной чувствительности типа ДНИ.
Динамометр типа ДИН (см. рисунок) состоит из корпуса 3, внутри которого размещена измерительная пружина 5. имеющая прямой конец с открытым зацепом 7. Зацеп предназначен для соединения петли 8 с измерительной пружиной динамометра. Для отсчета показаний по шкале на измерительной пружине закреплена стрелка 6. Исследуемую жидкость наливают в стеклянную чашку 9.
Подготовьте прибор к выполнению измерений. Для этого наденьте на зацеп 7 петлю 8. Придерживая установочный винт I. отверните стопорный винт 2. Вращая стакан 4 и, нажимая на головку винта 1, установите стрелку динамометра на нулевое деление шкалы. Завинтите стопорный винт.
Так следует поступать всякий раз, когда меняете размеры петли.
Поместите между конденсором и объективом оптической скамьи динамометр, закрепленный к стойке штатива, и чашу, укрепленную на этом же штативе с помощью держателя, входящего в комплект динамометра (устройство держателя снабжено винтом, с помощью которого чашу можно плавно поднимать или опускать).
В чашу налейте жидкость в таком количестве, чтобы петля полностью находилась в ней. Выворачивайте медленно винт держателя 11, пока не разорвется пленка жидкости. Заметьте показания динамометра в момент разрыва пленки. Повторите измерения 3 раза.
Замените петлю 8 на другую, входящую в комплект. Проделайте опыт в той же последовательности, что описана выше.
Сделайте вывод о зависимости силы поверхностного натяжения от длины линии, ограничивающей свободную поверхность жидкости
ЗАДАНИЕ 4. Получите сплошной спектр.
|
На оптической скамье за конденсором закрепите ширму со щелью, за которой расположите объектив. Получите на экране увеличенное, резкое, равномерно освещенное изображение щели.
За объективом на подъемном столике установите трехгранную призму "Флинт" так, чтобы ее преломляющее ребро было параллельно щели, а весь пучок света проходил сквозь грани преломляющего угла. Добейтесь изображения сплошного спектра на экране.
Сплошной спектр получается ярче, если пользоваться призмой прямого зрения. В случае ее отсутствия, можно воспользоваться небольшой призмой из лабораторного спектроскопа прямого зрения.
ЗАДАНИЕ 5. Продемонстрируйте деформацию моделей балки и рельса в поляризованном свете.
|
На одной оптической оси ФОС расположите конденсор, два поляроида на расстоянии 5-8 см друг от друга, объектив. Получите резкое изображение яркого круга. Между поляроидами внесите модель балки (рельса), скрестите поляроиды и сожмите сильно модель. Наблюдайте изображение картины распределения механических напряжений.
ЗАДАНИЕ 6. Продемонстрируйте кольца Ньютона.
На конце оптической скамьи под углом 45 градусов поместите прибор "Кольца Ньютона".
Перпендикулярно линии первой части установки: расположите по направлению конуса света, отраженного от поверхности прибора, объектив. Перемещая объектив, получите на экране четкое изображение интерференционных колец. Удобнее кольца наблюдать в монохроматическом свете, для чего используйте светофильтр.
На оправе прибора "Кольца Ньютона" имеются три регулировочных винта, с помощью которых изменяют воздушный зазор между поверхностями линзы и пластины так, чтобы в середине прибора образовались цветные кольца правильной формы. Для усиления наблюдаемого эффекта возможно увеличить световой поток при помощи диапроектора типа "Свитязь", заменив стандартный осветитель ФОС-115, разместив при этом на расстоянии 10-12 см от него диафрагму дисковую.
ЗАДАНИЕ 7. Продемонстрируйте явления на поверхности жидкости.
|
На линзу конденсора поставьте круглый низкий кристаллизатор или чашку Петри, налейте чистую воду. На поверхность воды ровным слоем насыпьте пробковые опилки. Получите резкое изображение опилок на экране. В центр чашки капните немного мыльного раствора.
ЗАДАНИЕ 8. Продемонстрируйте действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы.
В прозрачную ванночку для демонстрации спектров электрических полей положите кольцо и соедините его с одним из зажимов прибора. В центр ванночки поместите кольцевой керамический магнит, вокруг которого положите медное кольцо, соединенное с контактно площадкой второго зажима.
Ванночку положите на горизонтальную линзу конденсора ФОС и налейте в нее токопроводящую жидкость (раствор медного купороса) так, чтобы уровень жидко
сти был выше медного кольца.
На поверхность жидкости насыпьте корковую пробку ровным слоем, добейтесь ее резкого изображения на экране.
На зажимы ванночки подайте напряжение 10-12 В от выпрями геля типа ВС - 4-12. Замкните цепь, наблюдайте движение частичек пробки. Измените направление тока в цепи и пронаблюдайте движение частичек пробки в данном случае.
ЗАДАНИЕ 9. Продемонстрируйте спектры электрических полей.
Для демонстрации спектров электрических полей в чашку с плоским прозрачным дном налейте касторовое или подсолнечное масло, в котором равномерно размешайте небольшое количество манной крупы.
В чашку поместите электроды различной конфигурации, подсоединенные к электрофорной машине (или высоковольтному преобразователю типа "Разряд-1").
Демонстрация спектров электрических полей ведется с помощью проекционного аппарата ФОС-1 15, настроенного для горизонтального проецирования (или графопроектора).
Получите резкое изображение крупинок манки на экране.
При сообщении электродам, находящимся в кювете с маслом, больших потенциалов, крупинки манки приходят в движение и выстраиваются вдоль силовых линий электрического поля. Добейтесь этой картины. Пробуйте различные способы расположения электродов.
Получите резкое изображение крупинок манки на экране.
Между пластинами расположите медное кольцо, а в следующем опыте изготовленное из диэлектрика. Электрическое поле создавайте с помощью двух параллельных пластин, для этого подайте на пластины высокую разность потенциалов.
Наблюдайте за крупинками манки, находящимися вне области, ограниченной кольцом, и за крупинками манки, находящимися внутри кольца.
ТЕНЕВЫЕ ПРОЕКЦИИ
ЗАДАНИЕ 10. Сравните колебания пружинного маятника с вращательным движением.
|
Корпус центробежной машины установите в горизонтальном положении и в его шпинделе закрепите диск сирены. На диске закрепите шарик. Установите вертикальный пружинный маятник так, чтобы центр груза, прикрепленного к пружине, располагался на одном уровне с центром вращения шарика.
Осветитель для теневого проецирования расположите так, чтобы направление светового пучка лежало в плоскости диска сирены, и тень от шарика и груза падала на экран.
Сообщив пружинному маятнику колебания, вращайте ручку центробежной машины таким образом, чтобы движение теней от груза и шарика происходило синхронно.
|
ЗАДАНИЕ 11. Продемонстрируйте точку Кюри.
Закрепите в штативе тонкую проволоку с расположенной на другом ее конце стальной швейной иглой.
Укрепите в лапке штатива постоянный магнит. Лапку закрепите в муфте на штативе.
Соберите установку так, чтобы игла, притянувшись к магниту, натянула проволоку под некоторым углом к горизонту. Получите на экране теневое изображение иглы и магнита.
Нагревайте иглу открытым пламенем до тех пор, пока игла не оторвется от магнита.
После охлаждения игла вновь может притягиваться магнитом. Чтобы показать это, подведите ее к магниту.
ЗАДАНИЕ 12.
Получите механические волны на поверхности воды.
|
Установите ванну горизонтально на демонстрационном столе, на дно ванны положите плоское зеркало.
Налейте волы (на глубину 4-5 мм), для устранения отражения волн па отлогие края ванны положите полоски ткани.
Поставьте около ванны осветитель для теневого проецирования так, чтобы свет от него, отразившись от зеркального дна, падал на экран или на потолок.
Подготовить осветитель можно на основе оптической скамьи ФОС-115. Из корпуса конденсора уберите переднюю линзу, на ее место наденьте приспособление для горизонтальной проекции, оно будет служить осветителем поверхности воды. Необходимо добиться, чтобы отраженный от поверхности воды пучок света проходил через объектив. Для этого объектив с плоским отражающим зеркалом укрепите на штативе.
На экране получите светлое, равномерно освещенное пятно.
В зависимости от характера демонстрации, выберите необходимую насадку, входящую в комплект ванны (с одним зубом, с двумя зубьями, с шестью зубьями, плоской линейкой), если требуют условия проведения опыта, положите на дно ванны какой-либо предмет, из входящих в комплект (вогнутое зеркало из стальной пластинки, линзу и призму из стекла, плоские экраны в виде прямой пластинки с изгибами на концах).
Получите картину распространения волн с различными волновыми поверхностями. Продемонстрируйте различные свойства волн: отражение, фокусировку, преломление, интерференцию, дифракцию.
Краткие сведения оБ используемых приборах
Машина электрофорная (малая) предназначена для опыта по электростатике. Диск диаметром 275 мм дает искру между разрядниками не более 50 мм. Опыт показывает, что на секторах или диске машины обычно имеются незначительные заряды, которых вполне достаточно для возбуждения машины. Поэтому для получения зарядов на кондукторах нужно только вращать рукоятку машины в направлении часовой стрелки. В начале вращения несколько сближают шарики разрядников и дожидаются появления искры; только после этого устанавливают разрядники на требуемое расстояние.
Следует помнить, что прикосновение к кондукторам работающей машины вызывает сильное физиологическое действие, поэтому, устанавливая шарики разрядника, надо прикасаться только к изолирующим ручкам разрядников. Основными частями являются: два диска из оргстекла покрытых щелачным лаком (5), лейденские банки (10) и два разрядника (9) которые и являются своего рода выходными клеммами высокого напряжения. Так же имеются две клеммы (11) с соединительной пластинкой, которые сообщаются внутренней проводкой с внешними обкладками банок.
Преобразователь высоковольтный школьный "Разряд-1" предназначен для демонстрации опытов по электростатике и электродинамике.
"Разряд-1" питается напряжением постоянного тока в пределах от 0 до 12 В.
Преобразователь имеет два выхода на напряжение постоянного тока 25 кВ и 5 кВ.
Преобразователь "Разряд-1" представляет собой ассиметричный мультивибратор с индуктивной обратной связью, собранный на транзисторах, включенных по схеме с общим коллектором.
На лицевой горизонтальной поверхности прибора расположены: клавишный переключатель включения и выключения напряжения внешнего питания, дисковый штырьковый и клавишный переключатели пределов 5 кВ и 25 кВ (на корпусе и дисковом переключателе нанесена соответствующая маркировка), клеммы выхода 25 кВ, в которые вставляются съемные борны. Один из борнов является подвижным и имеет горизонтальную ось. При помощи изолирующей ручки можно менять расстояние между съемными шарами борнов до момента появления разряда. При снятии шаров поверхность стекания разряда становится конусной, что позволяет получать значительно больший разрядный промежуток по сравнению с шаровыми поверхностями.
На одной из торцевых поверхностей прибора имеются клеммы для подключения внешнего источника питания, до 12 В, на другой торцевой поверхности расположены клеммы выхода высокого напряжения до 5 кВ.
Порядок работы с прибором:
Перед началом работы переключатель питания должен быть установлен в положение "Откл.".
Для получения напряжения до 5 кВ необходимо переключатели пределов установить в положение 5 кВ; для получения напряжения до 25 кВ необходимо переключатели пределов установить в положение 25 кВ.
Источник питания подключается к прибору "Разряд-1" в соответствии с полярностью. Напряжение питания - 0-12 В.
При повышении входного напряжения до 13-17 В срабатывает электронная защита, и напряжение на выходе преобразователя снижается до 0. При уменьшении напряжения питания до 12 В преобразователь вновь приходит в рабочее состояние.
После окончания работы с преобразователем необходимо переключатель питания установить в положение "Откл" и отсоединить источник питания.
Внимание! Для снятия остаточного напряжения после выключения прибора (и перед повторным включением) шары (острия) борнов необходимо свести до соприкосновения. Запрещается касаться высоковольтных участков схемы!
Учащиеся к эксплуатации прибора не допускаются!
Выпрямитель В-24 (или ВС-24)
Выпрямитель предназначен для питания регулируемых переменным и выпрямленным пульсирующим током электрических схем при проведении фронтальных на уроках физики в общеобразовательной школе.
Выпрямитель осуществляет преобразование переменного электрического тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 20 В в следующие виды тока:
- переменный ток с плавно регулируемым напряжением от 0 до (30 ± 3)В и силой тока до 10 А.
- выпрямленный ток с плавно регулируемым напряжением от 0 до (24 ± 2,4)В и силой тока до 10 А.
На передней стенке установлен тороидальный трансформатор, элементы, преобразующие переменный ток в выпрямленный, щиток с предохранителем, колодка для присоединения шнура с вилкой.
На лицевой части передней стенки расположены: вольтметр, показывающий напряжение выпрямленного тока; амперметр, показывающий силу выпрямленного тока; ручка плавной регулировки выходных напряжений; фонарь, сигнализирующий о включении выпрямителя; тумблер; две пары контактных зажимов для подключения потребителя постоянного и переменного тока. Принципиальная схема выпрямителя приведена на рис. В выпрямителе применена однофазная мостовая двухполупериодная схема, позволяющая получить пульсирующий выпрямленный ток. Принцип действия прибора В-24 основан на свойстве полупроводниковых диодов, вакуумных диодов, газотронов пропускать ток только в одном направлении.
Суммарная сила тока выпрямленного и переменного на выходе выпрямителя не должна быть более 10 А. Время непрерывной работы выпрямителя не должно превышать 45 минут. Работать с выпрямителем разрешается только учителю.
