Юный техник, 1999 № 12

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ Лучше один раз увидеть

Школьная физика немыслима без экспериментов. Но поставить опыт на глазах у целого класса без тщательной подготовки и репетиции почти невозможно. Использовать компьютерный эксперимент? Да, уже есть «электронные учебники»». Любую тему и опыты к ней они демонстрируют на экране компьютера. Затраты времени на предварительную подготовку минимальны. Эксперимент и физическое явление здесь моделируются так, что учащиеся могут сами влиять на их параметры. Возникает такой же «эффект присутствия», как в компьютерной игре. К тому же подобный учебник удается сделать и весьма занимательным. Однако нужен компьютер на каждый стол, а это дорого. Конечно, для таких разделов, как теория относительности или квантовая механика, не имеющих аналогов в реальности макромира, компьютерное моделирование, быть может, единственный выход. Но в классической физике информация, получаемая от реального эксперимента, несравненно богаче, чем от его идеализированной компьютерной модели. Особенно это заметно на примере опытов, выполняемых в проекции.

Здесь крохотный прибор и происходящие в нем процессы объективом проектора увеличиваются до размеров экрана, становятся видны всем и в мельчайших подробностях. Для этих целей в начале 10-х годов нашего века немецкая фирма «Макс Коль» выпустила специальный прибор, по существу диапроектор. Назывался он «оптическая скамья Пальцова» (см. заставку). К прибору прилагались принадлежности и вспомогательные аппараты, позволяющие демонстрировать капиллярные явления, волновые процессы, акустические и оптические явления, статическое электричество, электромагнитные и магнитогидродинамические явления, работу насосов, тепловых двигателей, сложных механизмов, электрометры с радиоактивными веществами — всего 288 наименований по каталогу 1910 года. С тех пор — вниманию промышленников! — и по наши дни ничего подобного для школ не производили.

Лишь в 60-е годы предприятия начали выпуск дешевых, компактных и оптически совершенных бытовых проекторов «Свет» и «Этюд», которые можно приспособить для демонстрации школьных физических опытов (рис. 1).

Суть идеи проста. В кадровом окошке проектора устанавливается демонстрационная модель или препарат, подлежащий показу. Проекторы этих типов оснащены объективами с фокусным расстоянием 50 мм. В пределах обычной классной комнаты это позволяет получать на экране (или на чистой белой стене) увеличение слайда или предмета, находящегося на его месте, в 30–50 раз.

То есть все видимые проявления наблюдаемых с помощью такого прибора физических процессов окажутся соответственно усилены.

Приспособление проекторов «Свет» или «Этюд» начинается с простейшей переделки диапозитивной насадки. Нужно отогнуть упоры и изогнуть отражатель, как показано на рисунке 2.

После этого она станет пригодна в качестве держателя диапрепаратов. (Так условимся называть небольшие объекты, предназначаемые для показа.) Диапрепарат монтируется на куске оргстекла толщиной 2 мм и шириной 75 мм. Длина его зависит от поставленной цели. На рисунке 3 изображены диапрепараты для демонстрации таких, казалось бы, несложных объектов, как тумблеры, концевые выключатели, механические реле.

Подобные объекты проецируются на экран очень своеобразным образом в виде очень резкой тени, окаймленной отблесками металлических деталей (комбинация теневой и эпископической проекции). Все они могут быть показаны в движении с любой скоростью, задержкой отдельных фаз и многократным повторением. Очень важный и простой в изготовлении диапрепарат — прозрачная кювета.

Ее склеивают из отдельных полосок оргстекла при помощи дихлорэтана.

(ВНИМАНИЕ! Дихлорэтан — яд! Работать только при наличии вытяжного шкафа и в присутствии учителя!)

Иногда бывает целесообразно на одной линейке установить две кюветы, как в данном случае: (см. рис. 4). В одной из них монтируется гальванический элемент с электродами из меди и цинка, а в другой — «электролитическая ванна» с парой медных электродов.

В качестве электролита лучше всего использовать раствор медного купороса. Начнем с первой кюветы. Стоит замкнуть накоротко электроды гальванического элемента, по пузырькам газа на электродах становится видна его работа. Видно, как медный электрод покрывается пузырьками водорода, поляризуется.

Об этом нетрудно рассказать, но показать целому классу иным способом невозможно. Соедините электроды другой кюветы с батарейкой карманного фонаря. На экране сразу же интенсивно пойдет процесс электролиза с растворением одного электрода и наращиванием другого. Опыт можно вести в соленой воде При этом появляется голубоватое облачко, характерное для присутствия солей меди. Если внимательно приглядеться, то, кажется, можно сделать небольшое открытие. При увеличении в 40–50 крат видно, как на одном из электродов вырастают и падают на дно крохотные игольчатые кристаллы сверхчистой меди… Они в десятки раз прочнее стали, применяются в ядерно-космической технике, а их производство (связанное с применением высоких температур) обходится крайне дорого.

Хотите еще что-нибудь открыть? Налейте в кювету вазелиновое масло и присоедините к ней электростатическую машину Увидите возле одного из электродов маленький устойчивый, довольно быстро вращающийся вихрь. Попробуйте объяснить его происхождение, да не забудьте найти ему техническое применение! Показать притяжение двух проводников обычно довольно хлопотно. Нужны токи в десятки ампер. Их получают при помощи щелочных аккумуляторов. Но тут нужен глаз да глаз: чуть зазевался — и проводники начинают дымиться В нашем случае плотность тока в проводе можно уменьшить во много раз. Соответственно уменьшится и деформация провода, но при большом оптическом увеличении она станет даже более заметна, чем в традиционном исполнении. Однако целесообразно не простое повторение классического опыта, а его творческое переосмысливание.

На диапрепарате в качестве проводников применяют полоски алюминиевой фольги.

К сожалению, этот металл паять очень трудно, поэтому пайка заменяется обжатием загнутого медного провода. Опыт хорошо получается, если вместо тока от батареи воспользоваться разрядом конденсатора 2 мкФ на 220 В. Очень полезен и другой опыт.

В нем полоска изолированной фольги (от конденсатора) сложена петлей (рис. 5).

При пропускании тока от конденсатора она мгновенно изгибается в кружок.

Тем самым демонстрируется стремление контура с током охватить максимальную площадь под действием возникающих в нем сил.

Мы описали лишь небольшую часть тех опытов и демонстраций, которые могут быть сделаны на базе простого бытового диапроектора. Диапрепаратов к нему можно сделать, наверное, сотни.

Все зависит от фантазии. Отметим, что каждый диапрепарат — это полностью собранный опыт, который почти не требует подготовки к демонстрации.

А.ВАРГИН

Рисунки автора