Задачи - опыты по физике (стр. 12 )

Если задача решается на уроке, то дополнительные вопросы предлагаются после ее решения. Если же задача дается для домашнего решения, то дополнения даются вместе с задачей.

Вместо раствора медного купороса можно использовать с большим или меньшим успехом множество других окрашенных жидкостей. В частности, для домашнего решения можно указать на раствор в воде синих чернил, употребляемых для авторучек. Концентрация раствора подбирается на опыте; она должна удовлетворять условиям задачи. Для опыта удобнее бутылочки с плоскими приблизительно параллельными друг другу стенками.

49. Спектр поглощения.

Установка. Стеклянный цилиндр, наполненный насыщенным раствором медного купороса. Белый экран.

Условие задачи. Возьмите стеклянный цилиндр, наполненный насыщенным раствором медного купороса, и поставьте его на стол или подоконник так, чтобы он освещался лучами солнца. За цилиндром поместите экран и перемещайте его относительно цилиндра до тех пор, пока на нем не будет отчетливо видна картина несколько своеобразного спектра солнечных лучей.

Разъясните два вопроса: 1. Почему возникло явление дисперсии света, если лучи не проходили сквозь призму?

2. Почему получился спектр солнечных лучей, не вполне совпадающий с тем, который получается с помощью стеклянной призмы?

Дополнения 1. Изменится ли характер спектра, если в цилиндр налить чистой воды вместо раствора медного купороса?

2. Как изменится спектр, если вместо раствора медного купороса налить в цилиндр раствор железного купороса или раствор хромпика?

3. Какой получится спектр, если перед цилиндром с раствором медного купороса поставить банку с плоскопараллельными стенками, наполненную раствором хромпика?

Решение и пояснения

49. (10-й кл.) Дисперсия обусловлена преломлением белых лучей в цилиндре, как и в телах иной формы, например, в призме.

Ответ на второй вопрос задачи содержится в ее теме.

Дополнения. 1. Получится сплошной спектр.

Наиболее яркой будет зеленая линия в случае купороса и красно-оранжевая в случае хромпика. Практически спектр исчезнет.

Диаметр цилиндра (обычный химический цилиндр) не должен быть меньше 6 см.

Хромпик – двухромовокислый калий или натрий.

Для урочных занятий можно применить искусственный источник света.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

50. Электризация.

Установка. Свеча в подсвечнике. Катушка швейных ниток.

Условие задачи. Перед вами очень простой набор предметов. В опыте принимают участие только три тела: вы, свеча в подсвечнике и катушка швейных ниток.

Докажите, что одно из трех тел может быть наэлектризовано и электризация может быть доказана на опыте с помощью других тел.

Дополнения. 1. Попробуйте с помощью того же способа доказать электризацию других тел по вашему выбору.

2. Какие из них легче наэлектризовать и какие сильнее электризуются?

Решение и пояснения

50. (7-й кл.) Свечой проводят по ладони руки. Конец швейной нитки притягивается к наэлектризованной свече.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1 и 2. Ответы могут быть самые разнообразные. Существенно, чтобы загрязнения поверхности диэлектрика или абсорбированная влага не ввели учащихся в заблуждение.

51. Электризация тел и нейтрализация электрических зарядов.

Условие задачи. Существует рассказ: в XVIII в. один старик, натягивая поверх черного шелкового чулка белый, заметил, что этот белый чулок вывернут наизнанку. Он решил стащить его с ноги; но как он ни старался, не смог этого сделать, так как чулки, вследствие трения, наэлектризовались и слиплись. В раздражении он стащил оба чулка и швырнул их в стену. Так как чулки были очень сильно наэлектризованы, они прилипли к стене.

Что в этом рассказе противоречит и что не противоречит физике?

Решение и пояснения

51. (7-й кл.) Два куска различно окрашенного шелка электризуются при трении друг о друга, так как соприкасающиеся поверхности их различны вследствие различных красящих веществ. При некоторых красителях электризация происходит весьма эффективно. Даже один кусок шелка, пестро окрашенный, например, узбекский платок, сильно электризуется, когда одна часть его скользит по другой.

Пара наэлектризованных чулок представляла собой нейтральное тело, потому что при их электризации положительный заряд одного чулка равнялся отрицательному заряду другого.

52. Изоляторы (диэлектрики).

Установка. Свеча в подсвечнике. Газета.

Условие задачи. Докажите с помощью свечи и газеты, что стеарин является изолятором, а не проводником.

Ничего дополнительного брать для опыта нельзя.

Решение и пояснения

52.        (7-й кл.) Свеча электризуется, как указано в решении задачи 50. Ее электризация доказывается на основании притяжения к ней маленьких обрывков газеты. То обстоятельство, что электричество удерживается на поверхности свечи, а не переходит через руку экспериментатора в землю, указывает, что свеча не является проводником.

53. Диэлектрик и проводник.

Условие задачи. Первые опыты применения бездымного пороха для винтовочных патронов были связаны с большим неудобством, благодаря одной особенности этого пороха. Во время взвешивания или отмеривания бездымного пороха его зерна прилипали ко всему: к рукам, к совочку, к весам, к мерке. Это крайне затрудняло работу. Тогда была введена дополнительная операция при изготовлении бездымного пороха: графитование. Она была очень проста; поверхность зерна пороха покрывалась графитом.

Может быть, вы сумеете объяснить, почему после графитования порох переставал прилипать ко всем предметам и в чем заключалась физическая причина его „прилипания“?

Решение и пояснения

53. (7-й кл.) Причина прилипания зерен бездымного пороха заключается в его электризации при трении о стенки совочка, мерки и т. п. Графит – проводник; следовательно, графитование давало возможность разряжать зерна пороха. Кроме того, на тех участках поверхности зерен пороха, которые были покрыты слоем графита, вообще не происходило соприкосновения между бездымным порохом и посторонними предметами.

54. Взаимодействие одноименных зарядов.

Установка. Две свечи; каждая в подсвечнике. Катушка тонких черных швейных ниток.

Условие задачи. Как с помощью выставленных предметов доказать на опыте, что одноименные электричества взаимно отталкиваются?

Брать что-нибудь дополнительно для опыта нельзя.

Дополнения. 1. С помощью каких двух приемов можно осуществить требующийся в задаче опыт?

2. Какой из приемов удобнее и проще?

Решение и пояснения

54. (7-й кл.) Выньте обе свечи из подсвечников. Оторвите от катушки нитку длиной примерно в 0,5 м. Возьмите в левую руку одну свечу и расположите ее горизонтально. Наложите правой рукой середину нитки на свечу так, чтобы оба конца ее свешивались вниз. Правой рукой возьмите вторую свечу, проведите ею несколько раз по натирателю или о тыльную сторону ладони левой руки, как указано в решении задачи 50, и приложите ее наэлектризованной стороной к верхней части нитки на первой свече. Нитки разойдутся.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Первый прием указан в решении задачи. Второй – заключается в том, что обе свечи электризуются и подвешиваются в горизонтальном положении на нитках. Наблюдается взаимное отталкивание свечей.

2. Первый прием.

55. Распределение электричества по внешней поверхности проводника.

Установка. Деревянная доска, размером приблизительно 40–60 см, к которой прикреплены четыре короткие „ножки“ из изоляторов (см. решение). Эта изолированная скамейка должна выдержать вес школьника, который становится на нее.

Скамейка ставится на пол перед столом или перед полкой, на которой установлен электроскоп. К его стержню прикреплена тонкая проволока длиной примерно в два метра. Эбонитовая или стеклянная палочка с соответствующим натирателем для электризации.

Условие задачи. Возьмите в руку свободный конец проволоки, соединенный с электроскопом, и встаньте на скамейку, предварительно установив ее так, чтобы проволока не касалась никаких предметов. Пусть ваш товарищ наэлектризует трением стеклянную палочку и с ее помощью наэлектризует вас вместе с электроскопом, прикладывая палочку к проволоке около вашей руки. Ему придется несколько раз проделать это, каждый раз снова электризуя стеклянную палочку для того, чтобы листочки электроскопа заметно разошлись. Однако лучше прекратить дальнейшую электризацию, когда угол между листочками станет равным приблизительно 40°.

После этого прекратите заряжение вашего тела.

Сообразите, что вы, находясь на скамейке, должны сделать для того, чтобы угол между листочками электроскопа значительно увеличился?

Дополнения. 1. Можно ли сказать, что в результате проделанного вами опыта увеличилась плотность электричества на поверхности вашего тела?

Какой опыт, виденный вами в классе, иллюстрировал то же электрическое явление, которое связано с решением этой задачи?

Нельзя ли так организовать процесс заряжения вашего тела, чтобы вы сами могли себя заряжать?

Решение и пояснения

55. (10-й кл.) Сесть на скамейку, поджав ноги и охватив их руками. Потенциал тела увеличится вследствие уменьшения его активной внешней поверхности. Это обнаружит электроскоп.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Так как при переходе из стоячего положения в сидячее активная внешняя поверхность тела S уменьшается, а заряд тела Q остается постоянным, то поверхностная плотность электричества  = возрастет.

Зависит от того, какая демонстрация проводилась в классе. Можно различными способами. Самый простой и эффективный следующий.

Стеклянная палочка плотно прикреплена к столу (или ее держит помощник). Тот, кто стоит на скамейке, держит в руке кусок кожи и обычным приемом натирает палочку. После нескольких натираний тело его получит вполне достаточный заряд.

В качестве ножек для скамейки удобно использовать четыре фарфоровых изолятора, употребляемых для наружной проводки. Можно обойтись вообще без скамейки, встав на какой-нибудь изолирующий материал или надев галоши (предварительно, конечно, надо выяснить, насколько хорошим изолятором они являются).