План Опыты по механике. Опыты по термодинамике

Вид материала

Лекция

Содержание Диффузор будет создавать сгущения и разрежения воздуха, которые будут распространяться в пространстве и доходить до камертона. Опыт 2. Воздушное огниво Беседа с учащимися Вариант 2. Объяснение результата опыта Потому что работа по сжатию газа совершена внешними силами В* магнитного поля индукционного тока, по правилу Ленца, сонаправлен с вектором В Опыт 5. Затухающие колебания в колебательном контуре

Подобный материал:

• Драматическая медицина. Опыты врачей на себе гуго Глязер драматическая медицина. Опыты, 2917.98kb.
• К. О. Россиянов Опасные связи: И. И. Иванов и опыты скрещивания человека с человекообразными, 1050.7kb.
• История исследований Грегора Менделя. Объект для проведения опытов, 18.37kb.
• Кудрявцев Г. Г. M. 77 Мишель Монтень. Опыты. Избранные произведения в 3-х томах. Tом, 5755.77kb.
• К созданию Общей теории неуничтожимости человечества. Предварительные дискуссии и опыты, 2421.86kb.
• «Опыты Галилея», 1.98kb.
• План биоэтика и ее проблемы. Медицинские опыты на человеке. Проблема аборта, 562.17kb.
• Пупов Данил Владимирович Раздел Введение. Строение молекулы ДНК. История доказательства, 86.42kb.
• План учебного занятия: Актуализация знаний, 73.19kb.
• Название сайта, 236.66kb.

Лекция 6

Избранные опыты для средней школы


План

1. Опыты по механике.
   
2. Опыты по термодинамике.
   
3. Опыты по электричеству.
   
4. Опыты по световым квантам.
   

Опыт 1. Звуковой резонанс


Когда частота колебаний диффузора громкоговорителя, равная частоте колебаний напряжения на клеммах звукового генератора, далека от собственной частоты колебаний камертона, амплитуда колебаний ножек камертона очень мала. Шарик, который касается ножки камертона, не отскакивает. Когда частота колебаний диффузора совпадает с собственной частотой камертона, амплитуда колебаний его ножек максимальна. Бусинка отскакивает от камертона, что легко заметить (Рис. 50).


Анализ:

1. Частота собственных колебаний ножек камертона 440 Гц.
   
2. Включаем звуковой генератор.
   
3. Устанавливаем частоту около 100 Гц (далёкую от собственной частоты камертона).
   
4. Диффузор громкоговорителя совершает колебания с частотой 100 Гц.
   
5. Громкоговоритель звучит.
   
6. Воздух обладает упругостью.
   
7. Сгущения и разрежения воздуха распространяются в пространстве в виде звуковой волны.
   
8. Звуковая волна доходит до ящика камертона.
   
9. Столб воздуха в ящике камертона совершает вынужденные колебания с частотой 100 Гц.
   
10. Ножки камертона совершают вынужденные колебания с частотой 100 Гц.
    
11. Амплитуда колебаний ножек камертона мала.
    
12. Шарик не отскакивает от ножки камертона.
    

13. Устанавливаем на генераторе частоту около 600 Гц.
    
14. Ножки камертона соверщают вынужденные колебания с частотой 600 Гц.
    

15. Устанавливаем на генераторе частоту 440 Гц.
    
16. Ножки камертона совершают вынужденные колебания с частотой 440 Гц.
    
17. Амплитуда колебаний ножек камертона резко возрастает.
    
18. Шарик отскакивает от ножки камертона.
    

Беседа с учащимися

Вариант 1. Предсказание результатов опыта

• Ясно, что громкоговоритель, подключенный к выходным клеммам звукового генератора, начнёт звучать при включении звукового генератора. На генераторе установлена частота 100 Гц. Отразится ли звучание громкоговорителя на состоянии камертона?
  
  • Диффузор будет создавать сгущения и разрежения воздуха, которые будут распространяться в пространстве и доходить до камертона.
    
• Что происходит с телом, на которое действует периодически изменяющаяся внешняя сила?
  
  • Это тело совершает вынужденные колебания?
    
• Какова частота этих колебаний?
  
  • Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы, в данном случае частота колебаний ножек камертона будет 100 Гц.
    
• Будет ли значительной амплитуда колебаний ножек камертона?
  
  • Амплитуда колебаний ножек камертона будет малой, так как частота 100 Гц далека от собственной частоты 440 Гц.
    
• Будет ли отскакивать шарик от ножки камертона?
  
  • Шарик отскакивать не будет.
    
• Будет ли отскакивать шарик от ножки камертона при частоте генератора 600 Гц?
  
  • И в этом случае шарик заметно отскакивать не будет.
    
• Будет ли отскакивать шарик от ножки камертона, если на звуковом генераторе установить частоту 440 Гц?
  
  • Если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы, амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Амплитуда колебаний ножек камертона должна увеличиться, шарик должен отскакивать от ножки камертона.
    

Посмотрим на опыте …


Вариант 2. Объяснение результатов опыта

• Почему шарик отскакивает от ножки камертона?
  
  • Потому что ножки камертона совершают вынужденные колебания с большой амплитудой.
    
• При каком условии амплитуда вынужденных колебаний максимальна?
  
  • Она максимальна при совпадении частоты вынуждающей силы с собственной частотой колебательной системы.
    
• Какая сила в данном случае является вынуждающей силой, т.е. периодически изменяющейся внешней силой?
  
  • Эта сила вызвана переменным давлением воздуха на ножки камертона.
    
• Почему в области пространства, где находится камертон, возникает периодически изменяющееся давление воздуха?
  
  • Потому что до камертона доходит звуковая волна, возбуждаемая диффузором громкоговорителя.
    
• Чему равна частота колебаний диффузора ?
  
  • Она равна частоте, устанавливаемой с помощью звукового генератора.
    
• Почему при частоте 600 Гц шарик не отскакивает?
  
  • Потому что частота вынуждающей силы много выше собственной частоты камертона. В таком случае амплитуда вынужденных колебаний мала.
    
• Почему при частоте на генераторе 100 Гц шарик не отскакивает?
  
  • Потому что частота вынуждающей силы много меньше собственной частоты камертона. И в этом случае амплитуда вынужденных колебаний мала.
    

Опыт 2. Воздушное огниво

Прибор представляет собой прозрачный толстостенный цилиндр с поршнем. Под поршень кладётся маленький комочек ваты, смоченной эфиром (Рис.2). При резком опускании поршня пары эфира воспламеняются.

Анализ:

1. Смачиваем эфиром комочек ваты.
   
2. Помещаем вату в цилиндр.
   
3. Устанавливаем поршень со штоком в верхней части цилиндра.
   
4. Эфир в цилиндре под поршнем испаряется.
   
5. Резко ударяем по головке штока.
   
6. Воздух с парами эфира сжимается (процесс близок к адиабатическому).
   
7. Внешние силы совершают работу по сжатию воздуха.
   
8. Внутренняя энергия воздуха увеличивается.
   
9. Температура воздуха повышается.
   
10. 
    Пары эфира воспламеняются.
    

Беседа с учащимися

Вариант 1. Предсказание результата опыта

• Что будет происходить внутри цилиндра, если смоченный эфиром комочек ваты поместить внутри цилиндра, а затем установить поршень в верхней части цилиндра?
  

- Эфир будет испаряться. Образуется смесь паров эфира и воздуха.

• Каким можно считать процесс изменения состояния газа, если резким ударом по головке штока быстро сжать газ?
  

- Процесс можно считать адиабатическим.

• Как изменится внутренняя энергия газа под поршнем?
  

- Внутренняя энергия газа возрастёт, так как работа совершится внешними силами.

• Что должно произойти с парами эфира при повышении температуры ?
  
  • Пары эфира должны воспламениться.
    

Вариант 2. Объяснение результата опыта

• Почему воспламенились пары эфира?
  

- Пары воспламенились, потому что резко возросла температура воздуха, т.е. увеличилась его внутренняя энергия.

• Почему возросла внутренняя энергия газа под поршнем?
  

- Потому что работа по сжатию газа совершена внешними силами

• Каким можно считать процесс изменения состояния газа в данном случае?
  

- Процесс можно считать адиабатическим, так как удар по головке штока был резким, а стенки цилиндра имеют большую толщину и плохую теплопроводность.

• Каким образом в цилиндре получена смесь паров эфира и воздуха, способная при повышении температуры воспламениться?
  

-Внутрь цилиндра поместили смоченный в эфире комочек ваты. Эфир испарился, его пары перемешались с воздухом.


Опыт 3. Поляризация диэлектрика

(взаимодействие заряженного тела с незаряженным)


Метровую деревянную линейку для уменьшения силы трения располагаем на электрической лампе, плосковыпуклой линзе или другой гладкой сферической поверхности. При поднесении к линейке наэлектризованной палочки, например, стеклянной, линейка, притягиваясь к палочке, поворачивается вокруг вертикальной оси (Рис.3).

Анализ:

1. Электризуем палочку.
   
2. Вокруг палочки возникает электрическое поле.
   
3. Подносим палочку к одному из концов линейки сбоку.
   
4. Линейка оказывается в электрическом поле.
   
5. Происходит поляризация диэлектрика.
   
6. На ближней к палочке стороне линейки возникает связанный заряд противоположного с палочкой знака.
   
7. Ближней стороной палочка притягивается к палочке, дальней – отталкивается.
   
8. Сила взаимодействия заряженных тел убывает с расстоянием.
   
9. Линейка в целом притягивается к палочке.
   
10. Возникает вращающий момент.
    
11. 
    Линейка поворачивается вокруг неподвижной оси.
    

Беседа с учащимися.

Вариант 1. Предсказание результатов опыта

• Чем сопровождается электризация палочки?
  
  • Электризация палочки сопровождается возникновением вокруг палочки электрического поля.
    
• Какие изменения происходят с линейкой (диэлектриком), когда она оказывается в электрическом поле?
  
  • Диэлектрик в электрическом поле поляризуется: на ближней к палочке стороне линейки образуется связанный заряд противоположного с палочкой знака, а на дальней стороне – связанный заряд одноимённого знака.
    
• Каков характер взаимодействия заряженной палочки с поляризованной линейкой?
  
  • На ближнюю сторону линейки действует сила притяжения, на удалённую сторону – сила отталкивания.
    
• Какое направление имеет равнодействующая сил, действующих в электрическом поле заряженной палочки на поляризованную линейку?
  
  • Сила притяжения линейки к палочке больше, чем сила отталкивания, потому что поле неоднородно. Равнодействующая этих сил направлена к палочке.
    
• Что должно происходить с линейкой, если к ней поднести заряженную палочку?
  
  • Линейка должна поворачиваться вокруг вертикальной оси, притягиваясь к палочке.
    
• Зависит ли результат опыта от знака заряда палочки?
  
  • Линейка в целом должна притягиваться к палочке как при положительном, так и при отрицательном зарядах палочки.
    

Посмотрим на опыте …


Вариант 2. Объяснение результатов опыта

• Почему линейка поворачивается вокруг вертикальной оси?
  
  • Потому что на её конец действует сила притяжения к палочке.
    
• Какие изменения в структуре диэлектрика происходят в электрическом поле?
  
  • Диэлектрик в электрическом поле поляризуется, на его поверхности оказывается связанный электрический заряд, ослабляющий поле внутри диэлектрика.
    
• Каков знак заряда на поверхности линейки по отношению к заряду палочки?
  
  • На ближней к палочке стороне линейки возникает заряд противоположного с палочкой знака, на дальней – одноимённый заряд.
    
• Каков характер взаимодействия палочки с ближней и дальней сторонами линейки?
  
  • Ближняя сторона линейки притягивается к палочке, а дальняя – отталкивается.
    
• Какова причина того, что силы взаимодействия палочки со сторонами линейки различны по модулю?
  
  • Причиной является неоднородность электрического поля, созданного заряженной палочкой.
    

Опыт 4. Правило Ленца


Дроссельную катушку одеваем на сердечник как показано на рисунке 4. Клеммы катушки «1200» витков подключаем к источнику постоянного тока 24 В. На некотором расстоянии (2 – 3 см) от катушки располагаем медное или алюминиевое кольцо. При замыкании цепи кольцо, отталкиваясь от катушки, слетает с сердечника. При размыкании цепи кольцо притягивается к катушке. Этот опыт является вариантом уже описанного опыта (Опыт 3, лекция 5). Ценность его в том, что здесь нет движения магнита относительно стола.

Пусть источник тока подключен так, что при замыкании цепи ток обтекает витки катушки, глядя со стороны кольца, против часовой стрелки.


Анализ:


1.Замыкаем цепь.

2. Ток в витках катушки нарастает.

3. Вектор В индукции магнитного поля, создаваемого током в витках катушки, согласно условию включения источника, направлен от катушки к кольцу.

4. Магнитный поток через кольцо нарастает.

5. В кольце возникает индукционный ток.

6. Вектор В* магнитного поля индукционного тока направлен от кольца к катушке.

7. Индукционный ток в кольце (по правилу буравчика) идёт по часовой стрелке (глядя со стороны кольца).

8. Если рассматривать кольцо как магнит, то ближний к катушке полюс этого магнита будет северным.

9. Кольцо отталкивается от катушки.
   
10. Устанавливаем кольцо на прежнее место и отключаем источник.
    
11. Ток в витках катушки уменьшается до нуля.
    
12. Магнитный поток через кольцо, создаваемый током в катушке, уменьшается до нуля.
    
13. В кольце возникает индукционный ток.
    
14. Вектор В по-прежнему направлен от катушки к кольцу.
    
15. По правилу Ленца, вектор В* магнитного поля индукционного тока в кольце направлен от катушки к кольцу.
    
16. Ток обтекает кольцо, глядя со стороны кольца, против часовой стрелки (по правилу буравчика).
    
17. 
    Если рассматривать кольцо как магнит, то ближайший к катушке полюс этого магнита будет южный.
    
18. Кольцо притягивается к катушке.
    

Беседа с учащимися

Вариант 1. Предсказание результатов опыта

• Как изменяется сила тока в витках катушки при замыкании цепи?
  
  • Сила тока нарастает.
    
• Как направлен вектор В магнитного поля катушки, если её рассматривать как электромагнит, у которого ближний к кольцу полюс - северный?
  
  • Вектор В направлен от катушки к кольцу.
    
• Как изменяется магнитный поток через кольцо при замыкании цепи катушки?
  
  • Магнитный поток нарастает.
    
• Возникнет ли при этом в кольце индукционный ток?
  
  • Возникнет, так как кольцо – замкнутый проводник – будет находиться в изменяющемся магнитном поле.
    
• Какое направление будет иметь вектор В* магнитного поля, созданного индукционным током?
  
  • По правилу Ленца, вектор В* будет направлен от кольца к катушке.
    
• Как будет направлен ток в кольце?
  
  • Глядя от кольца, по часовой стрелке.
    
• Если рассматривать кольцо как магнит, то как будут расположены полюсы этого магнита?
  
  • Со стороны катушки будет северный полюс.
    
• Как будут взаимодействовать кольцо с катушкой?
  
  • Кольцо будет отталкиваться от катушки.
    

Посмотрим на опыте …

• Как будет изменяться магнитный поток через кольцо при выключении цепи катушки?
  
  • Магнитный поток будет уменьшаться.
    
    • Как будет направлен вектор В* магнитного поля индукционного тока в этом случае?
      
  • Этот вектор будет сонаправлен с вектором В магнитного поля катушки.
    
    • Каким будет ближний к катушке полюс, если рассматривать кольцо как магнит?
      
  • Этот полюс будет южным.
    
    • Каким будет взаимодействие кольца и катушки?
      
  • Они будут притягиваться друг к другу.
    

Вариант 2. Объяснение результатов опыта

• Почему кольцо отталкивается от катушки при замыкании цепи?
  
  • Потому что по кольцу идёт индукционный ток. Кольцо при этом подобно магниту с северным полюсом со стороны катушки.
    
• Какое направление имеет индукционный ток в кольце при замыкании цепи катушки?
  
  • Глядя со стороны кольца, по часовой стрелке.
    
• Какое направление имеет вектор В* магнитного поля, созданного индукционным током?
  
  • В соответствии с правилом буравчика, от кольца к катушке.
    
• Как связаны направления векторов В* и В ?
  
  • Эти два вектора имеют противоположные направления, потому что магнитный поток через кольцо нарастает.
    
• Почему кольцо притягивается к катушке при размыкании цепи катушки?
  
  • В этом случае магнитный поток через кольцо уменьшается, вектор В* магнитного поля индукционного тока, по правилу Ленца, сонаправлен с вектором В магнитного поля катушки, ближний к катушке полюс кольца становится южным, и кольцо притягивается к катушке.
    

Далее можно предложить учащимся предсказать (объяснить) результаты опытов при изменении направления тока в катушке на противоположное.


Опыт 5. Затухающие колебания в колебательном контуре


Поставим ключ (Рис.5) в положение 1: конденсатор зарядится. Переведём ключ в положение 2: конденсатор начнёт разряжаться через катушку L. В колебательном контуре возникнут свободные колебания. Стрелка гальванометра, подключенного к катушке L₁, индуктивно связанной с катушкой L, совершит несколько колебаний с непрерывно уменьшающейся амплитудой, пока не остановится на нулевом делении.

Период колебаний должен быть достаточно большим, поэтому индуктивность и ёмкость надо брать для данной демонстрации максимально большими.


Анализ:

1. Ставим ключ в положение 1.
   
2. Конденсатор заряжается (пусть верхняя обкладка на рисунке 51 накапливает положительный заряд).
   
3. Переводим ключ в положение 2.
   
4. Конденсатор начинает разряжаться через катушку L.
   
5. Ток в контуре нарастает.
   
6. Магнитный поток через витки катушки, создаваемый этим током, нарастает.
   
7. В катушке возникает ЭДС
   
8. самоиндукции.
   
9. Возникает ток самоиндукции, сдерживающий, по правилу Ленца, ток разрядки конденсатора.
   
10. Электрическое поле конденсатора уменьшается до нуля.
    
11. Энергия электрического поля уменьшается до нуля.
    
12. Сила тока достигает максимального значения.
    
13. Энергия магнитного поля катушки достигает максимального значения.
    
14. Сила тока начинает уменьшаться.
    
15. Магнитный поток через витки катушки уменьшается.
    
16. Возникает ток самоиндукции, сдерживающий уменьшение силы тока.
    
17. Нижняя обкладка конденсатора начинает заряжаться положительно.
    
18. Между обкладками конденсатора возникает электрическое поле, препятствующее току.
    
19. Энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора.
    
20. Подводящие провода и витки катушки L обладают активным сопротивлением.
    
21. Часть энергии, запасённой в контуре, переходит во внутреннюю энергию проводов.
    
22. Амплитуда колебаний силы тока каждую половину периода уменьшается.
    
23. Амплитуда колебаний силы тока, текущего через гальванометр в каждую половину периода уменьшается.
    
24. Амплитуда колебаний стрелки гальванометра уменьшается.
    

Беседа с учащимися

Вариант 1. Предсказание результатов опыта

• Что произойдёт, если переключатель поставить в положение 1 ?
  
  • Конденсатор зарядится до напряжения, равного ЭДС батареи.
    
• Какой процесс начнётся при переводе ключа в положение 2?
  
  • Конденсатор начнёт разряжаться через катушку L .
    
• Как будет с течением времени изменяться сила разрядного тока?
  
  • Сила тока будет увеличиваться.
    
• Как будет с течением времени изменяться создаваемый этим током магнитный поток через витки катушки L ?
  
  • Магнитный поток будет увеличиваться.
    
• Что будет следствием возникновения в катушке тока самоиндукции?
  
  • Вследствие возникновения тока самоиндукции, ток разрядки конденсатора будет нарастать медленно.
    
• Как будут изменяться с течением времени энергия электрического поля конденсатора и энергия магнитного поля катушки?
  
  • Энергия электрического поля конденсатора будет уменьшаться, а энергия магнитного поля катушки будет увеличиваться.
    
• До какого момента времени процесс будет идти в этом направлении ?
  
  • К концу первой четверти периода сила тока достигнет максимального значения, а конденсатор полностью разрядится. Энергия электрического поля конденсатора полностью перейдёт в энергию магнитного поля катушки.
    
• Что будет происходить в колебательном контуре в течение второй четверти периода?
  
  • Сила тока будет уменьшаться, а конденсатор будет перезаряжаться.
    
• Какие переходы энергии будут происходить в колебательном контуре в течение второй четверти периода?
  
  • Энергия магнитного поля катушки будет переходить в энергию электрического поля конденсатора.
    
• Какое влияние на переходы энергии в колебательном контуре будет оказывать активное сопротивление подводящих проводов и витков катушки?
  
  • Наличие активного сопротивления приведёт к нагреванию проводников и, следовательно, к переходу части запасённой в контуре энергии во внутреннюю энергию проводников.
    
• Как это отразится на амплитудных значениях силы тока и напряжения?
  
  • Амплитудные значения силы тока в витках катушки и напряжения на обкладках конденсатора с каждой половиной периода будут уменьшаться.
    
• Как это должно отразиться на колебаниях стрелки гальванометра?
  
  • Амплитуда колебаний стрелки должна быстро уменьшаться.
    

Посмотрим на опыте …


Вариант 2. Объяснение результатов опыта.

• Почему амплитуда колебаний стрелки гальванометра быстро уменьшается?
  
  • Это происходит потому, что уменьшаются амплитуда силы тока в катушке и амплитуда напряжения на обкладках конденсатора.
    
• Почему уменьшается амплитуда силы тока в контуре?
  
  • Потому что проводники, обладая активным сопротивлением, нагреваются. Часть энергии, запасённой контуром, переходит во внутреннюю энергию проводников.
    
• Какие процессы происходят в контуре в течение первой четверти периода?
  
  • Конденсатор разряжается через катушку L. Ток разрядки нарастает. Магнитный поток, создаваемый этим током, тоже нарастает. В катушке возникает ЭДС самоиндукции. Ток самоиндукции сдерживает нарастание тока разрядки конденсатора. Энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки.
    
• Какие процессы происходят в контуре в течение второй четверти периода?
  
  • Сила тока уменьшается. Конденсатор перезаряжается. Магнитный поток через витки катушки уменьшается. В катушке возникает ЭДС самоиндукции. Ток самоиндукции сдерживает уменьшение тока перезарядки конденсатора. Энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора.
    
• Каким образом колебательному контуру сообщается первоначальный запас энергии?
  
  • При переводе переключателя в положение 1 конденсатор заряжается до напряжения, равного ЭДС батареи.
    

Опыт 6. Явление фотоэффекта


Заряжаем цинковую пластинку, установленную на электрометре, положительно (Рис.6). Направляем на пластинку ультрафиолетовое излучение: заряд пластинки не уменьшается или уменьшается очень медленно. Заряжаем пластинку отрицательно. Опять направляем на пластинку ультрафиолетовое излучение: заряд пластинки быстро уменьшается до нуля. Стрелка электрометра опадает.

Анализ:

1. Электризуем стеклянную пластинку трением о бумагу.
   
2. Передаём положительный заряд цинковой пластинке.
   
3. Между стержнем электрометра и его корпусом возникает разность потенциалов.
   
4. Стрелка электрометра поворачивается на некоторый угол.
   
5. Направляем на пластинку ультрафиолетовое излучение.
   
6. Происходит частичная ионизация воздуха вблизи пластинки.
   
7. Положительные и отрицательные ионы и электроны приобретают направленное движение.
   
8. Заряд пластинки постепенно уменьшается.
   
9. Стрелка электрометра медленно опадает.
   
10. Электризуем эбонитовую палочку трением о мех.
    
11. Передаём отрицательный заряд цинковой пластинке.
    
12. Ультрафиолетовое излучение вырывает электроны с поверхности пластинки.
    
13. Заряд пластинки быстро уменьшается.
    
14. Стрелка электрометра быстро опадает.
    

Беседа с учащимися

Вариант 1. Введение понятия фотоэффекта

• Почему стрелка электрометра поворачивается на некоторый угол при сообщении пластинке электрического заряда?
  
  • Потому что между стержнем с пластинкой и корпусом электрометра возникает разность потенциалов.
    
• Происходит ли ионизация воздуха под действием ультрафиолетового излучения?
  
  • Происходит. Мы видим, что стрелка электрометра опадает независимо от знака заряда цинковой пластинки.
    
• Единственной ли причиной уменьшения заряда пластинки является ионизация воздуха под действием ультрафиолетового излучения?
  
  • Не единственной. Емсли бы дело было только в ионизации, пластинка теряла бы заряд одинаково медленно или одинаково быстро независимо от знака заряда пластинки.
    
• В чём различие между телом, имеющим положительный заряд и телом, имеющим отрицательный заряд?
  
  • На теле, имеющем отрицательный заряд, избыточное число электронов, а на теле с положительным зарядом – недостаточное число электронов.
    
• Если отрицательный заряд тела уменьшается, то означает ли это, что тело теряет избыточные электроны?
  
  • Означает.
    
• Итак, почему цинковая пластинка под действием ультрафиодлетового излучения быстрее теряет отрицательный заряд, чем положительный?
  
  • Под действием ультрафиолетового излучения цинковая пластинка теряет электроны.
    

С поверхности цинка электроны выбиваются или вырываются ультрафиолетовым излучением. Имеются вещества, испускающее электроны под действием видимого излучения – света. Явление вырывания электронов светом с поверхности металла получило название фотоэффекта. Рассмотрим это явление подробнее …


Вариант 2. Объяснение результатов опыта

• Почему стрелка электрометра поворачивается на нкоторый угол при сообщении пластинке электрического заряда?
  
  • Потому что стержнем с пластинкой и корпусом электрометра возникает разность потенциалов.
    
• Почему пластинка, заряженная положительно с течением времени теряет заряд (хотя и очень медленно), если она освещается ультрафиолетовыми лучами?
  
  • Под действием ультрафиолетового излучения происходит ионизация воздуха.
    
• Является ли эта ионизация единственной причиной потери пластинкой отрицательного заряда при освещении пластинки ультрафиолетовыми лучами?
  
  • В случае отрицательно заряженной пластинки эта пластинка теряет заряд ещё и вследствие явления фотоэффекта. Поэтому стрелка электрометра опадает значительно быстрее.
    
• Какое явление называется фотоэлектрическим эффектом?
  
  • Явление вырывания светом электронов с поверхности металла.
    

Опыт 7. Радиометр




Р
адиометр Крукса паредставляет собой стеклянный сосуд, в котором находится сильно разреженнфй газ. С малым трением вокруг вертикальной оси может вращаться «мельница» из четырёх металлическихочень лёгких лепестков. Каждый лепесток имеет с одной стороны тёмную поверхность, а с другой – зеркальную (Рис. 54).

При освещении ярким светом «мельничка» начинает вращаться, причём от света убегает тёмная сторона крылышек.


Анализ:

1. Направляем на радиометр яркий свет.
   
2. Лепестки нагреваются.
   
3. Тёмная поверхность поглощает большую энергию, чем зеркальная поверхность.
   
4. Тёмная поверхность имеет более высокую температуру, чем зеркальная.
   
5. Средняя кинетическая энергия атомов тёмной стороны крылышек больше средней кинетической энергии атомов зеркальной стороны.
   
6. Молекулы газа в сосуде движутся хаотично.
   
7. Молекулы газа в сосуде испытывают столкновения с крылышками.
   
8. При взаимодействии молекул газа с поверхностью крылышек происходят изменения импульсов молекул газа.
   
9. На поверхность крылышек действует сила (отдача).
   
10. При столкновении молекулы газа с тёмной (нагретой) стороной изменение импульса молекулы больше, чем при столкновении с зеркальной поверхностью.
    
11. На тёмную поверхность действует большая сила.
    
12. «Мельничка» вращается так, что тёмная поверхность крылышек «уходит» от света.
    

Беседа с учащимися

Вариант 1. Предсказание результатов опыта

• Что происходит при падении света на некоторую непрозрачную поверхность?
  
  • Происходят явления отражения и поглощения света веществом.
    
• Крылышки в нашем приборе имеют с одной стороны тёмную окраску, а с другой их поверхность зеркальна. В каком случае энергия, поглощаемая поверхностью, больше?
  
  • При прочих равных условиях большую энергию поглощает тёмная поверхность.
    
• Что можно сказать о средней скорости движения атомов вещества крылышек в первом и во втором случае?
  
  • В первом случае средняя скорость движения атомов больше.
    
• В каком случае поверхность крылышек при взаимодействии с молекулами газа будет получать большую отдачу?
  
  • В первом, потому что средний импульс молекул газа, отлетающих от тёмной поверхности, будет больше, чем средний импульс молекул, отлетающих от зеркальной поверхности.
    
• Как это должно отразиться на состоянии «мельнички»?
  
  • «Мельничка» должна вращаться вокруг вертикальной оси, причём тёмные стороны крылышек должны «убегать» от света.
    

Вариант 2. Объяснение результатов опыта

• Объясните, учитывая взаимодействие молекул воздуха с атомами вещества, почему от света убегают тёмные стороны крылышек?
  
  • При взаимодействии с молекулами воздуха тёмная сторона крылышек испытывает большую отдачу, чем зеркальная.
    
• Чем отличается движение частиц (атомов) тёмной поверхности от движения частиц зеркальной поверхности?
  
  • В первом случае больше средняя скорость движения атомов.
    
• Почему это произошло?
  
  • Темная и шероховатая поверхность имеет большую температуру, чем зеркальная, так как поглощает большую световую энергию.
    

Создающие вращательный момент силы называют радиационными, потому демонстрируемый прибор называется радиометром.