Штуро А.И. Устройство для изучения закона сохранения и превращения энергии
Штуро А. И. Устройство для изучения закона сохранения и превращения энергии в электромагнетизме и механике // Фізіка: праблемы выкладання. — 2009. — № 6. — С. 17—18.
Для большей наглядности на уроках физики часто приходится применять приспособления и приборы, придуманные и изготовленные в школе.
Хочу поделиться опытом использования на уроках устройства для изучения закона сохранения энергии. Конечно, для демонстрации этого закона у нас есть и готовое оборудование, хотя с годами оно своё уже отработало и демонстрация, особенно в электрических и магнитных явлениях, не всегда выглядит эффектно.
На занятиях кружка электроники, которым я руковожу, возникла идея создания демонстрационной установки, позволяющей иллюстрировать превращение энергии заряженного конденсатора в энергию магнитного поля катушки индуктивности, когда по её виткам идёт разрядный ток. Хотелось сделать так, чтобы с помощью прибора можно было демонстрировать превращение кинетической энергии в потенциальную, наблюдая за полётом "снаряда".
В 2008 году мои ученики успешно защитили этот прибор на 10-й областной научно-практической конференции "Квант" и заняли призовое место. Коллеги предложили поделиться опытом с более широким кругом учителей.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Принципиальная электрическая схема созданного нами прибора показана на рисунке 1.
Устройство состоит из источника питания, в котором применяется трансформатор ТВК-110, диодного мостика КЦ, блока конденсаторов С1-СЗ (ёмкостью 1000 мкФ, 2000 мкФ и 4000 мкФ на напряжение 50 В), катушки индуктивности (подойдёт от электромагнита для лабораторных работ), переключателей ёмкости К1-КЗ; переключателя рода работ К4.
Для индикации процесса зарядки конденсатора в схему включена лампа Л1.
Лампы Л2-4 являются индикаторами включения заданной ёмкости С1-3.
Клеммы К1-2 служат местом для подключения дополнительной ёмкости, а при положении ключа К4 в состоянии 1 они используются как источник постоянного напряжения 24 В.
Схема работает следующим образом.
В положении 1 переключателя К4 напряжение с диодного моста подаётся на один из конденсаторов, выбранный с помощью ключей К1-КЗ. В положении 2 переключателя К4 весь заряд с конденсатора подаётся на катушку индуктивности. В ней возникает ток, и внутри нарастающее магнитное поле создаёт индукционный ток в гильзе из тонкой жести, которая свободно может перемещаться. Благодаря взаимодействию магнитных полей катушки и гильзы происходит её выталкивание наружу с приличной скоростью на высоту Н (более 1 метра при ёмкости 2000 мкФ). Масса гильзы примерно 1 грамм. Можно исследовать зависимость высоты подъёма гильзы от ёмкости конденсатора.
Внешний вид прибора показан на рисунке 2.
На передней панели расположены лампа Л1, лампы Л2-4, переключатели К1-3.
На верхней панели расположен переключатель рода работ К4 (заряд — разряд) и отверстие для размещения гильзы — снаряда. В конструкции предусмотрена штанга-линейка и направляющая нить во избежание потери гильзы после выброса.
При сборке используется навесной монтаж. Все детали доступны, и изготовление прибора вполне под силу для повторения любому, кто имеет небольшие навыки в сборке электросхем.
Конструкция позволяет оживить урок и успешно решить многие вопросы при объяснении или при закреплении материала.
С помощью установки могут быть продемонстрированы многие опыты и предложены следующие экспериментальные задачи:
■ проверка закона сохранения энергии;
■ определение КПД устройства;
■ проверка зависимости энергии конденсатора от его ёмкости;
■ измерение скорости и кинетической энергии;
■ определение баллистических характеристик тела при стрельбе под углом к горизонту.
ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРОМ
Выбрать с помощью К1-3 нужную ёмкость.
Переключатель К4 поставить в положение "заряд".
Дождаться, пока погаснет лампа Л1.
Опустить в отверстие гильзу.
Переключить К4 в положение "разряд".
Визуально зафиксировать высоту подъёма гильзы после её вылета.
Изменив при помощи переключателя К1-3 ёмкость, опыт можно повторить.
Для подключения внешнего конденсатора необходимо отключить все секции К1-3, а конденсатор подключить к клеммам К1-2, соблюдая полярность.
При использовании клемм К1-2 в качестве источника тока необходимо К4 поставить в положение "заряд".
Выложил | |
Опубликовано | 01.08.16 |
Просмотров | 3916 |
Рубрика | Приборы, оборудование |
Тема | Законы сохранения Магнитное поле |