Задачи - опыты по физике (стр. 19 )

Решение и пояснения

82. (7–10-й кл.) Присоединить отрезок проволоки с помощью кусочков алюминиевой фольги к двум проволокам высокого сопротивления: вблизи лампочки, между ней и сетью (накал лампочки ослабеет или прекратится) и за лампочкой (накал увеличится).

Дополнения. 1. Первый способ указан в решении задачи. Второй – включить отрезок проволоки параллельно лампочке.

2. Тонкие проволоки высокого сопротивления, наложенные непосредственно одна на другую, имеют очень большое контактное сопротивление. Вследствие этого, во-первых, из-за сильного нагревания контакта их не удержать в руке, и, во-вторых, изменения в свечении лампочки будут незначительны.

83. Ответвление электрического тока.

Условие задачи. Проходит ли электрический ток через птиц, сидящих на голых проводах линии передачи электрической энергии?

Решение и пояснения

       83. (7, 10-й кл.) Проходит, но не ощущается птицами, в виду его крайне незначительной величины.

АВТОМАТЫ.

84. Электрический звонок постоянного тока.

Установка. Электрический звонок постоянного тока. Гальванический элемент. Соединительные провода.

Условие задачи. Как следует присоединить провода, идущие от полюсов элемента к электрическому звонку, для того чтобы замыкание цепи вызывало только один удар молоточка звонка о звонковую чашечку?

Дополнения. 1. Начертите схему электрического звонка, молоточек которого при замыкании цепи производил бы один удар по чашечке звонка.

2. Какая деталь звонка при такой схеме совершенно не нужна?

Решение и пояснения

       84. (7-й кл.) Включив в цепь электромагнит (минуя прерыватель), коснувшись его проводов в наиболее удобном месте.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Основное – в схеме должен отсутствовать прерыватель.

2. Прерыватель.

85. Автомат, сигнализирующий открывание дверей и окон.

Установка. Электрический звонок постоянного или переменного тока. Для его питания два элемента или штепсельная розетка, включенная в сеть переменного тока. Соединительные провода. Пластинка жести (10×10 см), дощечка (5×10 см). Шесть маленьких шурупов; один большой. Две отвертки, ножницы, шило.

Условие задачи. Как, используя все, что выставлено перед вами, построить автоматически действующий сигнализатор, который включал бы электрический звонок при каждом открывании двери и вновь выключал бы его при ее закрывании?

Укажите случаи, когда такое устройство могло бы быть полезным на практике?

Примечание. Из жести вырезаются две пластинки, служащие контактами для включения звонка. Они привинчиваются к дощечке, которая прикрепляется к двери. Прежде чем вырезать их из жести, вырежьте их из бумаги, чтобы не портить напрасно жесть, и, прикладывая их к различным участкам двери, сообразите, где лучше всего их прикрепить и какую им придать наиболее удобную форму.

Дополнения. 1. Как следует построить автомат, чтобы звонок звонил при закрытом окне и не звонил при открытом? При каких условиях это может иметь практическое значение?

2. Можно ли построить автомат для того, чтобы при открывании двери зажигалась лампочка, рассчитанная на питание от городского тока? Что необходимо предусмотреть в таком автомате?

3. Как сделать автомат, который не сигнализировал бы, когда окно или дверь настежь (полностью) открыты, но тотчас давал бы сигнал, если они случайно или намеренно прикрываются, а тем более закрываются.

Решение и пояснения

85. (7-й кл.) Решений может быть несколько, и они просты.

Дополнения. 1. При открытом окне или двери контактные пластинки раздвинуты. При закрытом – гвоздь нажимает на одну пластинку, соединяя ее со второй (см. рис. 29).

2. Можно. Необходима тщательная изоляция проводов и особенно контактных пластин и гвоздя. Дерево уже не может служить изолятором.

3. Контактное устройство переносится с верха двери или окна на их боковые поверхности.

       

86. Сигнализатор высокой температуры.

Установка. Электрический звонок постоянного тока. Гальванический элемент. Соединительные провода. Деревянный прямоугольный брусочек примерно в 2 см высоты и ширины и 10 см длины. Две полоски жести, длиной около 10 см и шириной около 1,5 см. На одном конце каждой полоски жести проделаны два маленьких отверстия. Четыре маленьких шурупа, с помощью которых полоски жести могут быть привинчены учеником к деревянному брусочку (см. решение задачи). Отвертка. Кусок парафина или стеарина, лежащий на блюдечке.

Условие задачи. Как с помощью выставленных перед вами предметов и материалов построить простое приспособление для автоматической сигнализации о пожаре?

Имеется в виду, что при повышении в комнате температуры воздуха примерно до 60°С электрический звонок начинает автоматически звонить.

Дополнение. Какой главный недостаток построенного вами автомата?

Решение и пояснения

86. (7-й кл.) Решение показано на рис. 30.

Дополнение. Недостаток заключается в том, что от температуры и более низкой, чем 60°С, например, от тепла печки, парафин размягчается. Благодаря давлению пластинок, парафин деформируется, и в конце концов контактные пластинки соприкасаются одна с другой.

87. Автоматический переключатель.

Установка. Большой электрический звонок постоянного тока. Электрическая настольная лампа (127 в, 40 вт),от которой идет шнур с вилкой для включения в сеть. Один провод шнура перерезан и к образовавшимся концам его присоединена штепсельная розетка, привинченная к дощечке. Вилка с отрезком шнура для этой розетки. Карманная батарейка и лампочка от карманного фонаря с припаянными к ее цоколю двумя проводами. Соединительный проводничок. Маленькая отвертка. Плоскогубцы. (Вилка настольной лампы включена в штепсельную розетку городского тока.)

Условие задачи. В некоторых бесперебойно работающих исследовательских лабораториях устанавливается дополнительно аккумуляторное освещение на случай какой-нибудь аварии с городским током. При этом переключение освещения с городского тока на аккумуляторный происходит автоматически.

Как можно построить такой автоматический переключатель из звонка, сделав для этого небольшие переключения его соединительных проводов?

Как такой „автомат“ включить в сеть городского тока и присоединить его к цепи, составленной из карманной батарейки и маленькой лампочки, заменяющих в вашей установке аккумуляторную батарею и большие лампочки накаливания?

Замечание. Сделанный вами автоматический переключатель следует включать в сеть городского тока с помощью вилки со шнуром, которая дана в установке. Концы шнура присоединяются к „автомату".

Ни в коем случае нельзя вставлять вилку в стенную розетку. Ее необходимо вставлять в штепсельную розетку, стоящую на столе.

Дополнения. 1. Будет ли ваш приборчик автоматически переключать карманную лампочку на настольную, если (воображаемая) порча сети исправлена и подача городского тока возобновлена?

2. Почему „автомат“ гудит, когда через него проходит городской ток? Как можно значительно ослабить это гудение?

Решение и пояснения

87. (7-й кл.) Решение показано на рис. 31.

Дополнения. 1. Будет.

2. Гудение происходит вследствие периодического перемагничивания железного сердечника трансформатора. Процесс перемагничивания сопровождается изменением ориентации „молекулярных магнитиков", что вызывает колебание листов железа, из которых сделан сердечник.

ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

88. Нагревание проводника электрическим током.

Установка. Стеклянная банка, наполненная на две трети водой. Деревянная толстая дощечка (толщина примерно 2 см), которой можно прикрыть банку, как крышкой. В дощечке прорезаны два узких, параллельных друг другу щелевидных отверстия на расстоянии примерно в 3 см одно от другого.

Сквозь эти отверстия могут вкладываться две жестяные пластинки, шириной 6–10 см и длиной, зависящей от высоты банки. К жестяным пластинкам прикреплены концы шнура с вилкой для включения в электрическую сеть.

Банка, деревянная дощечка и две пластинки жести со шнуром выставляются отдельно друг от друга.

Условие задачи. Как вскипятить воду в банке, используя энергию городского тока и выставленные перед вами предметы?

Будьте осторожны! Не вставляйте вилки в штепсельную розетку, пока жестяные пластинки не будут надежно установлены. Если одна из них коснется другой, произойдет короткое замыкание!

Дополнения. 1. Почему в вашем опыте стекло банки не трескается, когда вы нагреваете воду, налитую в банку, доводя ее до кипения?

2. Почему вскипятить воду в стеклянной банке, поставленной на обыкновенную плиту или электрическую плитку, совершенно невозможно, так как задолго до кипения стекло банки даст трещину от нагревания?

       3. Почему при решении этой задачи вы замечаете, что вода уже начинает закипать (пузырьки пара начинают подниматься на поверхность воды), а стенки банки около дна холодные? (Только по прошествии долгого времени вся банка разогревается и до нее нельзя дотронуться рукой.)

4. Имеет ли практическое значение осуществленный вами способ нагревания воды? Какой его недостаток?

Решение и пояснения

88. (7, 10-й кл.) Решение понятно из описания установки.

Дополнения. 1. Нет большой разности температур между внутренней и внешней поверхностями стенки банки, так как источник нагревания находится внутри жидкости.

2. Ввиду большой разности температур внешней и внутренней поверхности дна банки.

3. Ввиду того, что сопротивление контакта электрод – вода больше сопротивления соответствующей толщины остальных слоев воды. Сопротивление контакта еще больше увеличивается при появлении на поверхности электродов первых микроскопических пузырьков пара, поскольку пар – диэлектрик.

Верхняя часть банки значительно горячее нижней, благодаря тому, что плотность воды более высокой температуры меньше плотности воды более низкой температуры, в результате чего происходит очень четкое разделение горячей воды и холодной. Это разделение воды прекращается, когда наступает бурное кипение, перемешивающее всю воду в банке.