Практикум по физике (стр. 5 )

"Усовершенствованный" датчик намного лучше. Например, работа с наблюдением "полочки" у графика температуры плавящегося вещества плохо получается с обыкновенным датчиком и гораздо нагляднее - с усовершенствованным.

ДАТЧИК НАПРЯЖЕНИЯ DT-001 на ± 25 Вольт

ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ:

Точность измерений заявлена как " 3% во всём диапазоне измерений".

Результаты специально проведенных в нашей школе исследований работы четырех датчиков на различных режимах ( К. Силина и С. Скрябин):

- При напряжениях до 0,1В датчики использовать нельзя. (Ошибка от 30% до 120%)

- При напряжениях 0,1-0,5 В погрешность может достигать 10%

- При напряжениях 0,5-1 В погрешность не превышает 3%

- При напряжениях 1-4 В погрешность не превышает 2%

- При напряжениях 4-25 В погрешность не превышает 1%

- При напряжениях выше 24,5В датчики выдают свое предельное значение, для каждого датчика свое - от 24,8 до 25,1В.

ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКА НАПРЯЖЕНИЯ:

Иногда случаются странные вещи - приём датчиком напряжения "комнатной наводки" с частотой 50 Гц, при этом амплитуда регистрируемых колебаний достигала двух вольт!!! Не верите? Подключите выводы датчика напряжения к собственным ушам!

Одновременное параллельное подключение нескольких датчиков напряжения к исправному стабилизированному блоку питания вместо постоянного напряжения показывало колебания с падением напряжения до нуля, с периодом в 2-3 секунды, да ещё и со сдвигом по фазе для каждого датчика! И компьютер меняли и блок питания - результат тот же. При этом от батареек всё работало нормально.

Случаются и компьютерные сбои. Например, в одном из опытов сразу два датчика напряжения показывали заведомо неверный результат 0,4 В при напряжении 0 В, которое контролировалось подключенным параллельно датчикам вольтметром. После перезагрузки компьютера показания стали верными.

СОВЕТЫ:

Не используйте датчик для измерения малых напряжений.

Помните о нестабильной работе датчика почти со всеми блоками питания. Применяйте батарейки или очень "продвинутый" блок питания.

ДАТЧИК РАССТОЯНИЯ

ОСОБЕННОСТИ (по результатам наших исследований):

- Датчик хорошо «держит» даже маленькую движущуюся мишень. Например, мячик для настольного тенниса, движущийся вдоль оси датчика на расстоянии до 1,2 метра.

- Датчик легко теряет большую, но неподвижную мишень. Для стабильной работы при больших расстояниях с неподвижной мишенью требуется угловой размер порядка 15 градусов. Также требующийся размер зависит от расстояния до датчика и расположенных позади и сбоку от мишени предметов.

- Точность датчика - порядка 1% на всем диапазоне от 0,2 м до 6 м.

- Датчик измеряет расстояние до предмета от своей ТЫЛЬНОЙ стороны.

- Этот датчик хорошо "держит" даже маленькую движущуюся мишень, например, теннисный шарик на расстоянии 1 метр, но требует больших размеров для неподвижной мишени. Датчик перемещения использует ультразвуковую локацию, поэтому не может работать на высоких частотах измерения (максимум - 50 - 100 Гц на малых расстояниях), что затрудняет его применение для исследования, например, ускорения тела во время упругого удара. Датчик может работать на расстоянии 1-1,2 м с частотой до 50-100 Гц.

- При движении объекта на расстояниях порядка 50 см датчик даёт показания "рывками" в 2-3 миллиметра, что укладывается в заявленную погрешность 3% от измеряемого расстояния, но может привести к заметным ошибкам при измерении изменения дальности до объекта при небольших перемещениях.

ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА не работает при частоте вращения более двух оборотов в секунду.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА - не определяется компьютером NOVA-5000.

ОБЗОР РАБОТ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ

В методических пособиях места, рекомендованные для проверки учителем, для удобства выделены курсивом.

Работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Работа требуется, чтобы человек почувствовал уверенность при работе с компьютером. Делается ДО выполнения прочих работ, занимает 2 - 4 часа. Содержит много интересных дополнительных (не обязательных) заданий, которые можно изменить по выбору учителя. Лучше подобрать задание, понятное и "актуальное" для ученика, например, девятиклассника неплохо попросить определить, как зависит сила трения от веса тела и от поверхности (стол, пол).

Работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ НАСОСА

Небольшая несложная работа, где насос делается из шприца, шлангов, клапанов от аквариума. Получается неплохо, при условии аккуратного выполнения соединений (это трудно!) Проверяйте герметичность опусканием соединений в воду.

Используемые клапаны также текут при давлениях 200 кПа, они же предназначены для аквариума… Больших давлений достичь не удастся. А вот продемонстрировать, "почувствать" работу насоса для восьмиклассника (и заодно решить задачу по этой теме - для десятиклассника) – вполне.

Работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Отличная работа для 8 (можно и для 10) класса. Хорошо получается.

Работа № 8

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОХОРНОГО ПРОЦЕССА

Неплохо получается. Значение абсолютного нуля получается хорошо, если установка и датчик давления не "текут", а датчик температуры усовершенствован добавлением термопасты.

Желательно начать опыт с очень холодной воды (зимой добавьте в воду снега), нагревать медленно. Можно и охлаждать, начиная с горячего состояния, но это будет намного дольше.

Впрочем, нагревание в обычном полностью заполненном чайнике даёт хороший результат при использовании "быстрого" датчика температуры.

ОСТОРОЖНО - ГОРЯЧИЙ ЧАЙНИК!

ВНИМАНИЕ:- датчики давления, (не знаю, как Ваши, а все наши 16 датчиков - определённо точно) требуют калибровки или пересчета снятых данных! Впрочем, эта работа получается и с неточно работающими датчиками, получается абсолютный ноль - около – 350-280K.

Работа № 9

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ АЦЕТОНА

Хорошо получается. Основные проблемы - утечка в крышке бутылки или датчике. Чтобы избежать проблем, тщательно проверьте герметичность перед началом работы. Вместо шприца поставьте заглушку (сделайте её, например, из переходничка от системы переливании крови), опустите установку пробкой в воду, сильно сожмите бутылочку, убедитесь, что нет пузырьков. Учитель, помогите детям, а то они и датчик искупают, и внутрь бутылки воды нальют!)

ВНИМАНИЕ:- датчики давления, (все наши 16 датчиков - точно) требуют калибровки или пересчета снятых данных! Эта работа нормально получается с неточно работающими датчиками,

Возможно (и интересно) дополнительное исследование поглощающей способности активированного угля.

Работа № 9 А

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ЗАЖИГАЛКЕ

Под наблюдением и на риск учителя можно (просто и более эффектно) взять баллончик для заправки зажигалок. Получается 3- 3,5 кПа при комнатной температуре. Не давайте детям самостоятельно подключать баллончик, строго следите за пожарной безопасностью!

ВНИМАНИЕ:- датчики давления, (все наши 16 датчиков - точно) требуют калибровки или пересчета снятых данных! Эта работа нормально получается с неточно работающими датчиками,

Работа № 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННГО ПАРА ВОДЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Работа требует специально подготовленного сосуда, подключаемого к датчику. Причины непонятны, проверено многократно. Возможно, получится намного лучше с усовершенствованными датчиками.

ВНИМАНИЕ:- датчики давления, (все наши 16 датчиков - точно) требуют калибровки или пересчета снятых данных! Эта работа плохо получается с неточно работающими датчиками, Давление паров воды получается значительно (на 30%) заниженным по сравнению со справочными данными, при 100 0С составляет около 70 кПа. А вот если выполнить корректировку показаний датчиков, получится гораздо лучше - 93 кПа.

Не исключено также влияние конденсации пара в шланге датчика. Тем не менее, прекрасно видна динамика роста давления в "сухом" и "влажном" сосудах.

Работа № 11

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО И АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССА

Хорошо получается. Небольшая несложная работа.

В работе – довольно высокие давления, при этом ВСЕ наши датчики давали утечку!!! После устранения утечек (см. соответствующий раздел) всё получается прекрасно.

ВНИМАНИЕ:- датчики давления, (наши 16 датчиков - определённо точно) требуют калибровки или пересчета снятых данных! Эта работа неважно получается с неточно работающими датчиками, и прекрасно - после корректировки показаний.

Работа № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА

Не делайте эту работу по описанию из синей методички, прилагающейся к "Архимеду" – оно не приведёт к победе!

Хорошо получается. Частая трудность - дети неверно собирают схему. Помогайте.

В Multilab при аппроксимации полученной зависимости экспонентой ОБЫЧНО возникают проблемы (как на NOVA-5000, так и на компьютере), устранить их не удаётся. При этом получившиеся зависимости - действительно экспоненты (проверяли).

Не требуйте от ребят получения результата - показателя экспоненты, если Multilab, как обычно, "глючит". Ограничьтесь общим видом зависимости.

Работа № 13

ИЗМЕРЕНИЕ ЁМКОСТИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА (АККУМУЛЯТОРА)

Простая работа, вполне доступная восьмикласснику. Даёт красивый результат, особенно для аккумулятора - в какой-то момент ток резко падает.

Следите за тем, чтобы работа завершилась в момент резкого падения тока - иначе аккумулятор может выйти из строя.

Работа № 14

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ ТОКА В ЦЕПИ

Красивая работа с неожиданным результатом. Внутреннее сопротивление гальванического элемента весьма заметно уменьшается при увеличении тока до тока короткого замыкания.

В варианте без "Архимеда" с традиционными приборами, это работа получается трудно, "капризничает", результаты меняются с каждым опытом. С "Архимедом"- стабильный результат. Следите, чтобы школьники не подвергали батарейку длительной разрядке большими токами.

Работа № 15

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Получается и многократно проверен странный результат - поле в школе 179 г. Москвы направлено круто вниз – под углом 700 к горизонту. Чувствительность датчика маловата. Зато есть уникальная возможность - "почувствовать" магнитное поле вокруг нас.