Физика (стр. 5 )

Опыт № 10. Взаимодействие параллельных токов.

Оборудование: ленты из фольги с наконечниками – 2 шт., штатив универсальный, провода соединительные, штепсельная розетка с вилкой или двухполюсный демонстрационный переключатель.

Для получения надлежащего эффекта необходимы гибкие и легкие проводники, которые вместе с тем должны выдерживать достаточно сильный ток. В противоречивости этих требований и заключается некоторая трудность проведения опыта. Хорошие результаты можно получить, если воспользоваться лентами из алюминиевой фольги, идущей на изготовление бумажных конденсаторов. Фольга от рулона, вынутого из коробочки конденсатора, развертывается вместе с приставшей к ней бумагой. Необходимо, не отслаивая бумаги, отрезать от фольги две узкие ленты шириной 10 мм и длиной 50 см: слой бумаги придаст ленте большую прочность. Концы каждой ленты заделывают в наконечники, при помощи которых обе ленты зажимают в изолирующих стержнях на универсальном штативе (рис. 6). Такая лента выдерживает кратковременный ток до 8 А.

Рис. 6

Ленты не следует натягивать. Слегка изгибая, их сближают на расстояние 0.5–1 см и концы подсоединяют к источнику питания, как показано на рис. 6. При включении тока в пределах 5–8 А ленты отталкиваются, при выключении – вновь сближаются. При изменении направления тока в одном из проводников они притянутся друг к другу.

Опыт № 11. Электромагнитная индукция.

Эти опыты демонстрируют появление индукционных токов при изменении магнитного потока, пронизывающего данный контур, или, иначе – появление электродвижущей силы индукции при пересечении проводника магнитными силовыми линиями.

1. Катушку любой формы, например цилиндрическую, длиной 30–40 см с внутренним диаметром 10–15 см, состоящую из нескольких сотен витков проволоки диаметром от 0.5 до 1 мм, присоединяют к демонстрационному стрелочному гальванометру (кроме гальванометра и катушки в цепь ничего не включают). Вдвигая внутрь катушки полосовой магнит, наблюдают отклонение стрелки гальванометра. При выдвижении магнита из катушки стрелка отклоняется в другую сторону. Такое же изменение направления отклонения стрелки на противоположное получают при перемене полюсов магнита.

2. В катушку, соединенную с гальванометром, вдвигают другую катушку, питаемую током через реостат от аккумулятора или сети постоянного тока. При этом стрелка гальванометра отклоняется. Если вынимать катушку, то стрелка отклоняется в противоположную сторону. Направление отклонения стрелки меняется также при изменении направления тока, питающего катушку.

3. Вложив катушку, питаемую током, в катушку, соединенную с гальванометром, и изменяя силу тока реостатом, наблюдают отклонение стрелки гальванометра. При увеличении тока стрелка отклоняется в ту же сторону, что и при вдвигании катушки. Ползунок реостата следует двигать быстро, иначе угол отклонения стрелки будет невелик.

Опыт № 12. Получение переменного тока.

Оборудование: магнитоэлектрическая машина, гальванометр, лампочка 3.5 В, осциллограф школьный, соединительные провода.

Получение переменного тока можно продемонстрировать с помощью магнитоэлектрической машины, у которой между полюсами постоянного магнита расположен якорь с обмоткой. Концы обмотки выведены на коллектор, а от него через щетки к зажимам. При вращении рукоятки привода со скоростью 2 об/с магнитоэлектрическая машина дает ЭДС около 3.5 В.

При демонстрации опыта к зажимам машины подключают гальванометр. Вращая медленно рукой шкив якоря (не шкив привода!), наблюдают отклонение стрелки гальванометра то в одну, то в другую сторону. Отключив гальванометр, к зажимам машины подключают лампу 3.5 В. С лампы можно подать напряжение на вход осциллографа. При вращении рукой привода наблюдают мигание лампы и осциллограмму.

2.4. Оптика

Опыт № 1. Интерференция света в тонких пленках.

Оборудование: проекционный аппарат с кинопроекционной лампой, проволочная рамка для мыльных пленок, экран, мыльный раствор.

Перед конденсором проекционного аппарата 1 располагают проволочную петлю 2, закрепляя ее ручку в штативе (рис. 1). Петля должна помещаться на таком расстоянии от осветителя, чтобы сходящийся от конденсора пучок света полностью покрывал ее. Для этого за петлей вплотную к ней помещают небольшой лист белой бумаги, пересекающий световой конус в вертикальной плоскости. Перемещая его вместе с петлей вдоль луча света, подбирают подходящий размер светового пятна. Затем под петлю подставляют стаканчик с мыльным раствором, погружают всю петлю в раствор и убирают стаканчик. На петле образуется ярко освещенная мыльная пленка.

Рис. 1

На пути светового пучка, отраженного от мыльной пленки, устанавливают объектив 3, закрепляя его на штативе. Перемещая объектив вдоль пучка света, получают на экране 4 четкое изображение мыльной пленки с яркими цветными полосами интерференции. Изображение будет обратное. Полосы располагаются с постепенным увеличением частоты вследствие того, что мыльная пленка, стекая вниз, образует собой клин. Обычный мыльный раствор позволяет наблюдать картину интерференционных полос в течение 8–10 секунд, что вполне достаточно для обозрения.

Опыт № 2. Законы геометрической оптики.

Оборудование: прибор по геометрической оптике.

Прибор по геометрической оптике (рис. 2) позволяет продемонстрировать законы отражения и преломления света, полное внутреннее отражение, преломление лучей в пластинке с плоскопараллельными гранями и при прохождении света через призму, преломление света в призмах, построение изображений предмета и ряд других опытов.

Рис. 2

Подставку с осветителем устанавливают на треноге универсального штатива. Держатель, на котором укрепляют осветитель, снабжен противовесом. Стойка имеет кронштейн, на который свободно надевают дисковый экран. На экране смонтирован прижим, позволяющий поджимать под него призму, зеркала, линзы.

Осветитель крепят на кронштейне с помощью шарового шарнира. Оправа с патроном и лампой может перемещаться в корпусе осветителя. Электрическая лампа осветителя рассчитана на напряжение 6 В и может питаться от батареи аккумуляторов или от выпрямителя ВС-4-12.

При подготовке прибора по геометрической оптике к работе регулируют освещение экрана. Для этого ослабляют крепление осветителя и поворачивают или перемещают его до тех пор, пока полоска света не пройдет через весь экран по его диаметру. В этом положении осветитель закрепляют. Если же полоска не резкая, то отпустив винт, фиксирующий электропатрон в осветителе, вращают, опускают или поднимают электропатрон до получения четкой полоски света на экране.

Закон отражения света. С помощью прижима устанавливают плоское зеркало из набора оптических деталей так, чтобы его отражающая поверхность совпадала с горизонтальной осью. Изменяют угол падения луча света от 0º до 90º и отмечают соответствующие углы отражения; сравнивают эти углы и делают вывод. Переводя осветитель из одной части дискового экрана в другую, демонстрируют обратимость световых пучков.

Закон преломления света. На экране устанавливают прозрачный полуцилиндр матовой стороной к экрану и плоским срезом вверх так, чтобы он совпадал с горизонтальной плоскостью. Центр полуцилиндра совмещают с центром экрана с помощью риски на матовой поверхности полуцилиндра. Направляют луч в центр полуцилиндра перпендикулярно плоскости – луч проходит в полуцилиндре, не меняя направления. Отклоняют падающий луч от перпендикуляра и замечают, что преломленный луч в стекле идет под другим углом. Этот луч идет в стекле в радиальном направлении, поэтому при выходе из стекла в воздух он не меняет своего направления. Меняя угол падения, его сравнивают с углом преломления; делают вывод. Во время опыта следует обратить внимание на раздвоение пучка света на границе раздела двух сред.

Полное внутреннее отражение. Полуцилиндр выпуклой стороной устанавливают к осветителю (плоский срез совпадает с горизонтальной осью). Луч света падает на полуцилиндр перпендикулярно поверхности и поэтому в стекле не преломляется. Изменяя углы падения на плоскую поверхность полуцилиндра (в стекле), отмечают направление преломленного луча (на границе «стекло – воздух»). Увеличивают угол падания до тех пор, пока преломленный луч не исчезнет. При дальнейшем увеличении угла падения будет наблюдаться только отраженный луч.

Опыт № 3. Поляризация света при отражении его от поверхности диэлектрика.

Оборудование: осветитель, поляроид, кювета, экран, вода.

Свет от обычного осветителя 1 (рис. 3а) дает на экране 3 равномерно освещенное пятно. Введение поляроида 2 в падающий пучок света снижает освещенность пятна, но вращение поляроида вокруг направления падающего луча не меняет этой освещенности. Это говорит о том, что свет от осветителя не поляризован. Если луч света от осветителя 1 направить под острым углом на поверхность воды в кювете 4 (или на поверхность стеклянной пластинки – второй вариант), то отраженный луч оказывается частично или полностью поляризованным. Это доказывается с помощью поляроида 2, помещенного в пучок отраженного света: вращение поляроида вокруг своей оси вызывает поочередное затемнение и просветление светового пятна на экране 3 (рис. 3б).

Рис. 3

Меняя угол падения луча от осветителя на поверхность воды, можно определить угол, при котором отраженный луч полностью поляризован (угол Брюстера).

Опыт № 4. Дифракция света.

Оборудование: гелий – неоновый лазер, рассеивающая линза, стальной шарик диаметром 3 мм, клей, экран.

Явление дифракции легко проиллюстрировать простым опытом, иногда называемым «пятном Пуассона». Методом зон Френеля легко доказывается, что в центре тени, отбрасываемой круглым диском, должно быть светлое пятно. Этот факт, как правило, требует опытного доказательства (рис. 4).