Наглядная физика. Наглядная физика
 Скачать 1.91 Mb.
|
 Журнал на тему: «  Наглядная физика»Содержание. Введение. Опыт №1 «Слоёный». Опыт №2 «Ёлочка». Опыт №3 «Сила воды». Опыт №4 «Непроливайка». Опыт №5 «Огнеупорный». Опыт №6 «Водяной купол». Опыт №7 «Полёт». Опыт №8 «Попробуй надуть». Опыт №9 «Волшебный шар». Опыт №10 «Электризация». Введение. Ф  изика — это наука о природе (естествознание) в самом общем смысле (часть природоведения). Предмет её изучения составляет материя (в виде вещества и полей) и наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем (например сохранение энергии), — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки, — биология, геология, химия и др. — описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, состоящие из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика. Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических уравнений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физической науки.Ф  изика очень сложная наука, поэтому и с школьным предметом физика у учеников часто возникают проблемы. При чем проблемы эти связаны по статистике не с тем что не смог что ты выучить или запомнить, а с тем что ты не понимаешь как работает та или иная формула, почему она работает так и как следствие не знаешь ей или еще чему угодно применения, проще говоря не можешь применить знания из за недопонимания. Физика – это тот предмет который мало учить, его надо понимать, без этого у вас ничего не получится. Для этого я создал этот журнал. С помощью него вы можете подкреплять изучение физики наглядностью, выполняя эксперименты. К каждому эксперименту дана пошаговая инструкция выполнения и выписано оборудование. А после него формула или некое свойство, явление, закон которое вы только что собственноручно доказали. Так запоминать, а главное понимать материал становится намного проще. Так же большим плюсом всех включенных экспериментов в том, что их можно проводить дома и они не требуют многого оборудования для исполнения. Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений. Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.Опыт №1 «Слоёный». П  риборыи материалы: бокал бумага, ножницы, вода, соль. красное вино, подсолнечное масло, подкрашенный спирт.Этапы проведения опыта: Попробуем налить в стакан четыре разных жидкости так, чтобы они не смешались и стояли одна над другой в пять этажей. 1)Налить на дно бокала солёной подкрашенной воды. 2)Свернуть из бумаги “Фунтик” и загнуть его конец под прямым углом; кончик его отрезать. Отверстие в “Фунтике” должно быть величиной с булавочную головку. Налить в этот рожок красного вина; тонкая струйка должна вытекать из него горизонтально, разбиваться о стенки бокала и по нему стекать на солёную воду. Когда слой красного вина по высоте сравняется с высотой слоя подкрашенной воды, прекратить лить вино. 3)Из второго рожка налей таким же образом в бокал подсолнечного масла. 4)Из третьего рожка налить подкрашенного спирта. У нас получилось четыре слоя жидкостей в одном бокале. Все разного цвета и разной плотности. Объяснение опыта и принцип действия. Жидкости в бакалее расположились в следующем порядке: подкрашенная вода, красное вино, подсолнечное масло, подкрашенный спирт. Самые тяжёлые - внизу, самые лёгкие – вверху. Самая большая плотность у солёной воды (1300 кг/м3) , самая маленькая у подкрашенного спирта (700 кг/м3). Плотность - скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму. То есть если объемы тел одинаковы, то тяжелее всего будет то тело, у которого больше плотность и следовательно оно пойдет вниз. P = m/v – плотность равна массе, делёной на объем. О  пыт №2 «Ёлочка».Приборы и материалы: плотная бумага, свеча, ножницы. Этапы проведения опыта: 1)Из плотной бумаги вырезаем спираль, растягиваем её немного и вешаем ее на нитку через проделанное отверстие. 2)Держать эту спираль над свечкой в восходящем потоке воздуха, ёлочка будет вращаться. Объяснение опыта: Ёлочка начинает вращаться, так как происходит расширение воздуха под действием тепла, а точнее теплого воздуха от свечки. Мы наблюдаем превращение теплой энергии в движение. Расстояние между атомами веществ, как правило, увеличивается при нагревании, поэтому теплый воздух становится легче холодного и движется вверх, взаимодействуя со спиралью (нашей ёлочкой) раскручивает ее. На этом же принципе, за счет теплого воздуха, ввысь устремляются когда то популярные дирижабли и воздушные шары.   Опыт №3 «Сила воды». Приборы и материалы: ванна, либо любой другой вместительный сосуд для воды (но это может быть и море, бассейн, река если вы не дома), любой тяжелый объект (желательно чтобы вы его могли поднять, но делали это с трудом), вода в нужном объеме. Этапы проведения опыта: 1) Попробуйте поднять себя 1 рукой от пола, поднять тяжелый объект, примерно оцените то, сколько вы на это тратите сил. 2)Проделайте то же самое, только в воде. Объяснение опыта: Вы можете наблюдать, что поднять себя одной рукой или же поднять тяжелый объект стало намного легче, чем без жидкости. Нужно приметь гораздо меньше усилий чтобы поднять тот или иной объект. Чем же мы можем объяснить это явление? Оно объясняется так называемым «Законом Архимеда» Закон Архимеда - один из законов статики жидкостей (гидростатики) и газов (аэростатики): на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая или подъёмная сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ. Закон открыт Архимедом в III веке до н. э. Выталкивающая сила также называется архимедовой или гидростатической подъёмной силой. Проще говоря на любое тело погруженное в газ или воду действует выталкивающая сила направленная из жидкости или газа, в нашем случае сонаправленная с нашей приложенной к телу силой. Так как они сонаправлены, то они складываются и тело соответственно становится легче поднять. Находится эта сила по формуле: FA = ρgV. Где ρ — плотность жидкости (газа) , g — ускорение свободного падения, а V — объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности). Если тело плавает на поверхности или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая сила (называемая также архимедовой силой) равна по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём жидкости (газа) , и приложена к центру тяжести этого объёма.   Опыт №4 «Непроливайка». Приборы и материалы: плотный листок бумаги, вода, стакан (горло должно быть не слишком широким). Этапы проведения опыта: 1) Налейте в стакан воды, оставив половину скатана пустой. 2) Накройте горло стакана целиком плотной бумагой и резко переверните его, придерживая бумагу рукой.  Объяснение опыта: Мы можем наблюдать что вода не выливается из стакана и листок не падает. Почему же так происходит? Вода не выливается из стакана и листок не падает из за того, что на них действует атмосферное давление. Оно удерживает листок бумаги в таком положении, давя на него с наружи больше, чем вес воды давит на него изнутри стакана. Так же тут нельзя обойтись без закона Паскаля, по которому давление в жидкостях и газах распределяется равномерно, поэтому жидкость внутри стакана давит не на 1 какую то либо точку листа, а равномерно на всю поверхность. Атмосфера простирается на несколько тысяч километров над нашей планетой. Вследствие действия силы тяжести, верхние слои воздуха, подобно воде в океане, сжимают нижние слои, в результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха. Атмосферное давление – давление, оказываемое атмосферой Земли на все находящиеся на ней предметы. Прибор для измерения атмосферного давления называется барометром, а само д  авление, как и любое измеряется в паскалях (Pa). Опыт №5 «Огнеупорный». Приборы и материалы: холодная вода, 2 шарика, свечка, спички. Этапы проведения опыта: 1) Надуйте шарик и поднесите к свече, он начнет коптиться и вскоре лопнет. 2) Наберите во второй шарик воды, чтобы она заполняла примерно 1/5 шарика, надуйте его и поднесите к огню. Объяснение опыта: Даже спустя время шарик с водой не лопается над пламенем, а только начинает понемногу копиться и чернеть. Почему же так происходит? Почему первый шарик лопнул сразу, а второй нет? Вода, находящаяся в шарике, поглощает тепло, выделяемое свечой. Поэтому сам шарик гореть не будет и, следовательно, не лопнет. Вода обладает очень хорошей теплоёмкостью и теплопроводностью, благодаря которым быстро перенимает тепло у шарика и тот практически не греется, в отличие от воды, температура которой растет. Но и этот шарик лопнет когда вода впитает максимальное количество тепла, так как теплоемкость воды не безгранична.  Опыт №6 «Водяной купол». П  риборы и материалы: монетки (около 10 штук), стакан, вода.Этапы проведения опыта: 1) Налейте в стакан столько воды, чтобы она заполнила весь стакан и чуть ли не выливалась из него. 2) Аккуратно по 1 монетке плавно кладите в стакан до тех пор, пока вода не выльется. Объяснение опыта: П  еред тем как вы бросили последнюю монетку вы могли наблюдать, что вода образовала горку, над стаканом, так называемый водяной купол. Из за чего же вода ведет себя так? Почему не выливается? Всему виной поверхностное натяжение воды. Поверхностное натяжение - это один из самых важных параметров воды. Оно определяет силу сцепления между молекулами жидкости, а также форму ее поверхности на границе с воздухом. Именно вследствие поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и пр. Летучесть (испаряемость) любой жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Чем меньше поверхностное натяжение, тем более летуча жидкость. Самым низким поверхностным натяжением обладают спирты и другие органические растворители. Молекулы воды в нашем стакане сцеплены и формируют гладкую поверхность воды, они растягиваются не желая разрывать связь, в результате чего появляется водный купол.Опыт №7 «Полёт». Приборы и материалы: ведро, вода, вещ с помощью которой мы сможем проделать отверстие в дне ведра (но можно обойтись и без этого). Этапы проведения опыта 1) Заполняем в ведро водой примерно на 1/2 - 1/3 2) Раскручиваем ведро по окружности, делая махи рукой по кругу, при этом держим ведро за ручку. Объяснение опыта:  Ни для кого не будет секретом, что если ведро перевернуть, то вода выльется из него. Вода не выливается в нашем случае. Интересно почему? А теперь заставим воду выливаться вверх. Для этого возьмем дрель и сделаем в донышке отверстие. Наполняем водой и начинаем вращать. Из отверстия бьет струя. Когда ведро в нижнем положении, это не удивляет никого, а вот когда оно взлетает вверх, то и фонтан продолжает бить в том же направлении, а из горловины – ни капли. Вот так-то. Все это может объяснить принцип инерции. При вращении ведро стремится улететь прямо, ручка не пускает его и заставляет описывать окружности. Вода также стремится лететь по инерции, а в том случае, когда мы в донышке сделали отверстие, ей уже ничего не мешает вырваться и двигаться прямолинейно. В отличие от случая без дырочки, при котором вода продолжает двигаться по инерции в направлении противоположном горлу ведра и поэтому не вытекает. Опыт №8 «Попробуй надуть». П  риборы и материалы: бутылка (можно взять любую другую емкость с узким горлом), шарик.Этапы проведения опыта: 1)Помещаем шарик внутрь бутылки, надеваем основание шарика на горлышко бутылки. 2)Пробуем надуть шарик. Объяснение опыта: Атмосферное давление оказывает влияние на нас, хоть и остается невидимым. Приведем пример с воздушным шаром. Каждый из нас может его надуть. Но сможем ли мы надуть его, надев края на горлышко и зафиксировав. Таким образом, воздух сможет поступать только в шар, а бутылка станет герметичным сосудом. Теперь попробуем надуть шар. У нас ничего не получится, так как атмосферное давление в бутылке не позволит нам этого сделать. Когда мы дуем, шар начинает вытеснять воздух в сосуде. А так как бутылка у нас герметична, то ему деваться некуда, и он начинает сжиматься, тем самым становится гораздо плотнее воздуха в шаре. Соответственно, система выравнивается, и шар надуть невозможно. Теперь сделаем отверстие в донышке и пробуем надуть шар. В таком случае никакого сопротивления нет, вытесняемый воздух покидает бутылку – атмосферное давление выравнивается.   Опыт №9 «Волшебный шар». Приборы и материалы: бутылка, дырокол, стаканы, вода. Этапы проведения опыта: 1) Проделываем в крышке бутылки 2 отверстия, наливаем в бутылку воду и ставим недалеко друг от друга 2 стакана. 2) Переворачиваем бутылку и держим так, чтобы вода лилась в стаканы. 3  ) Проделываем то же самое с большим количеством дырок и стаканов соответственно.Объяснение опыта: П  о своей сути мы получаем всем известный шар Паскаля в этом опыте. Мы можем наблюдать, что при равных отверстиях жидкость будет всегда делиться по стаканам поровну, сколько бы ни было дырок или стаканов. Это может быть с пользой использовано в быту. Вода ведет себя так из за того, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Так звучит закон Паскаля. Вычисляется давление по формуле: p=F/S, где p – это давление, F – приложенная сила, S – площадь сосуда.Опыт №10 «Электризация». Приборы и материалы: шарик, шерстяная поверхность. Этапы проведения опыта: 1) Надуйте шарик и около 30 секунд трите о шерстяную поверхность. 2) Попробуйте поднести шарик к волосам или какой-либо поверхности. Объяснение опыта: Макроскопическому телу можно сообщить заряд любого знака. Этот процесс называется электризацией. Существуют разные способы электризации тел, то есть превращения электрически нейтральных тел в заряженные; в частности, это можно осуществить путем трения тел друг о друга (электризация трением). Например, если надутый небольшой воздушный шар потереть о шерсть, мех или свои волосы, то шар будет прилипать к телу, о которое его потерли. Если янтарь потереть куском ткани, то он будет притягивать легкие предметы. То же можно наблюдать, если потереть тканью эбонитовую или стеклянную палочку. В этих случаях объект приобретает электрический заряд благодаря трению, то есть происходит электризация трением, а силы, действующие при этом, называются электрическими силами. Опыты показывают, что два тела, наэлектризованные трением друг о друга, притягиваются. Известно, что наэлектризованные эбонитовая и стеклянная палочки обладают различным видом зарядов. Условились считать заряд, появляющийся при электризации трением на эбонитовой палочке или янтаре отрицательным, а на стеклянной палочке – положительным. В настоящее время электризацию тел объясняют с помощью представления о переносе электронов с одного вещества на другое. Наружные электроны атомов вещества часто очень слабо привязаны к своему ядру и при трении, обеспечивающем максимальный контакт поверхностей трущихся веществ, они могут переходить от одного вещества к другому. Тело, получившее избыток электронов, заряжается отрицательно. Тело, потерявшее электроны – положительно. В нашем опыте шар заряжается отрицательно, мех положительно и шарик прилипает к предметам в надежде отдать свои электроны, но вскоре мы можем наблюдать рассеивание лишнего заряда, шарик снова начинает в  ести себя нормально.  |